基于牵引电机监控数据的电力机车粘着控制新方法研究

研究新的粘着控制方法，提高粘着系数，是发展国产电力机车面临的关键问题之一。本项目针对电力机车现有粘着控制方法的不足，从牵引电机电气量检测与控制的新角度研究粘着控制方法。首先针对机车牵引电机电气监控数据，研究具有强鲁棒性聚类规则以实现监控数据的预处理。利用电气系统快速响应的特点，提出一类基于牵引电机电气监控数据的空转识别方法，以实现空转趋势的及时识别。针对具有很大不确定性的粘着特性，提出一类新的能根据牵引电机监控数据自动调整的数据驱动模糊自适应粘着控制方法。结合运行试验和虚拟样机仿真研究，改进和优化粘着控制方法。该项目的研究将为我国研制有自主知识产权的高性能电力机车提供科学方法和技术基础。对提高国产机车的牵引效率，开发国产高速动车组和货运重载机车，有重要意义。

本项目从牵引电机电气量检测与控制的新角度研究粘着控制方法。首先针对机车牵引电机电气监控数据，利用电气系统快速响应的特点，提出一类基于牵引电机电气监控数据的空转识别方法，以实现空转趋势的及时识别。针对粘着特性具有很大不确定性的问题，提出了二型直觉模糊集和二型粗糙模糊集的概念，以增强系统处理不确定性的能力，给出了变精度区间二型模糊粗糙模型相关定义、性质及其属性约简算法，同时，提出新的模糊测度以精简二型模糊系统的规则，从而为电力机车运行监控数据的处理提供了有效的方法。针对电力机车的粘着控制过程的特点，首次利用切换系统理论对其进行研究。研究了在异步切换情况下的闭环系统渐近稳定性分析问题，并进一步将其推广到了镇定控制，H控制器、滤波器的设计中。提出了分布平均驻留时间的概念，给出了此类系统稳定的充分条件。设计了切换系统的分布状态反馈控制器与分布切换规则，以提高粘着控制系统的实时性和稳定性。提出了一类新的能根据牵引电机监控数据自动调整的数据驱动模糊自适应粘着控制方法。研究了电力牵引控制系统的状态估计及参数辨识，提出了基于多采样率扩展卡尔曼滤波方法。结合数据驱动技术提出了一种基于时频分析的高速重载电力机车空转识别方法。基于SIMPACK、MATLAB的联合仿真构建了粘着控制虚拟样机仿真平台，在此基础上，结合实际的机车DSP控制器建立了粘着控制系统半实物仿真平台。结合运行试验和虚拟样机仿真研究，改进和优化粘着控制方法。作为项目研究内容的拓展，进行了永磁同步电机多采样率离散准滑模控制系统的相关研究。为今后永磁同步牵引系统的粘着控制方法研究提供了基础。该项目的部分研究成果已经成功地直接应用于我国研制有自主知识产权的HXD2C、新八轴等型号大功率电力机车中，现场运行结果表明了方法的有效性。目前，研发的成果已经成为具有自主知识产权的粘着控制的定型产品，整体性能优于国外类似产品。