恒功率控制方法、裝置及恒功率牽引驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供一種恒功率控制方法、裝置及恒功率牽引驅(qū)動系統(tǒng)。本發(fā)明提供的實施例將整流器輸出電壓、電流、功率分別與目標電壓、目標電流和目標功率之間的差值作為控制變量；然后根據(jù)所述控制變量生成相應的脈沖寬度的脈沖信號；最后采用所述脈沖寬度的脈沖調(diào)制信號控制所述發(fā)電機的勵磁電流，以保證與所述發(fā)電機連接的整流器輸出的直流電嚴格控制在合理范圍內(nèi)，進而使得通過逆變器與所述整流器連接的牽引電機輸出的牽引功率在合理的范圍內(nèi)，避免了現(xiàn)有技術中因牽引電機輸出的牽引功率超限而出現(xiàn)的故障，使牽引電機輸出的功率控制在合理的范圍內(nèi)。
【專利說明】恒功率控制方法、裝置及恒功率牽引驅(qū)動系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃動車組牽引控制技術，尤其涉及一種恒功率控制方法、裝置及恒功率牽引驅(qū)動系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]內(nèi)燃動車組作為一種現(xiàn)代化軌道交通工具，適用于城間、城郊短途客運，具有較高的經(jīng)濟性和實用性。目前，內(nèi)燃動車組的牽引驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動方式大多采用的是交直交傳動方式。如圖1所示。牽引驅(qū)動系統(tǒng)包括:柴油發(fā)電機、整流器16、逆變器17、牽引電機18和牽引控制器21。所述柴油發(fā)電機包括:發(fā)動機14和與所述發(fā)動機14輸出軸連接的發(fā)電機15。所述發(fā)電機15的交流電輸出端與所述整流器16的交流電輸入端連接，所述整流器16的直流電輸出端與所述逆變器17的直流電輸入端連接，所述逆變器17的交流電輸入端與所述牽引電機18的交流電輸入端相連。所述牽引控制器21的驅(qū)動信號輸出端與所述逆變器17的驅(qū)動信號輸入端連接。其工作過程為:發(fā)動機14帶動發(fā)電機15發(fā)電，然后通過整流器16將發(fā)電機15發(fā)出的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電。逆變器17在牽引控制器21的控制下將整流器16輸出的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電。逆變器17輸出的三相交流電輸入至牽引電機18，以使牽引電機18輸出相應的牽引動力。
[0003]牽引驅(qū)動系統(tǒng)中發(fā)電機、整流器和逆變器中任意一個或多個在受到外界的電磁干擾后均會致使輸入牽引電機的電流發(fā)生偏差，進而使得牽引電機輸出的牽引功率超限，極易導致柴油發(fā)電機的發(fā)動機熄火、逆變器輸入電流過流等故障出現(xiàn)，同時還會對牽引驅(qū)動系統(tǒng)中的各電氣兀件造成損咅。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提供一種恒功率控制方法、裝置及恒功率牽引驅(qū)動系統(tǒng)，以解決上述問題，使牽引電機輸出的功率控制在合理的范圍內(nèi)。
[0005]本發(fā)明的第一個方面是提供一種恒功率控制方法，包括:
[0006]接收輸入的功率級位信號；
[0007]檢測柴油發(fā)電機中發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速，以及整流器輸出端的第一電壓和第一電流，其中，所述柴油發(fā)電機包括所述發(fā)動機及與所述發(fā)動機輸出軸連接的發(fā)電機，所述整流器的電流輸入端與所述發(fā)電機的電流輸出端連接；
[0008]分別根據(jù)功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及目標電壓的對應關系，功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及目標電流的對應關系，以及功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及整流器輸出功率的目標值的對應關系，獲取與所述功率級位信號和所述發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速對應的目標電壓、目標電流及整流器輸出功率的目標值；
[0009]根據(jù)所述第一電壓和所述第一電流，得出所述整流器的第一輸出功率；
[0010]分別比較所述第一電壓與所述目標電壓，所述第一電流值與所述目標電流，以及所述第一輸出功率與所述整流器輸出功率的目標值，得出電壓差值、電流差值及第一功率差值;
[0011]對所述電壓差值、電流差值和第一功率差值進行模糊控制處理，生成相應脈沖寬度的脈沖信號，以采用所述脈沖寬度的脈沖信號控制所述發(fā)電機的勵磁電流，使通過逆變器與所述整流器的電流輸出端連接的牽引電機的輸出功率不大于預設的最大輸出功率。
[0012]本發(fā)明的另一個方面是提供一種恒功率控制裝置，包括:
[0013]輸入單元，用于接收輸入的功率級位信號；
[0014]第一檢測單元，用于檢測柴油發(fā)電機中發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速，以及整流器輸出端的第一電壓和第一電流，其中，所述柴油發(fā)電機包括所述發(fā)動機及與所述發(fā)動機輸出軸連接的發(fā)電機，所述整流器的電流輸入端與所述發(fā)電機的電流輸出端連接；
[0015]第一處理單元，用于分別根據(jù)功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及目標電壓的對應關系，功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及目標電流的對應關系，以及功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及整流器輸出功率的目標值的對應關系，獲取與所述功率級位信號和所述發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速對應的目標電壓、目標電流及整流器輸出功率的目標值；
[0016]第一計算單元，用于根據(jù)所述第一電壓和所述第一電流，得出所述整流器的第一輸出功率，以及分別比較所述第一電壓與所述目標電壓，所述第一電流值與所述目標電流，和所述第一輸出功率與所述整流器輸出功率的目標值，得出電壓差值、電流差值及第一功率差值;
[0017]第二處理單元，用于對所述電壓差值、電流差值和第一功率差值進行模糊控制處理，生成相應脈沖寬度的脈沖信號，以采用所述脈沖寬度的脈沖信號控制所述發(fā)電機的勵磁電流，使通過逆變器與所述整流器的電流輸出端連接的牽引電機的輸出功率不大于預設的最大輸出功率。
[0018]本發(fā)明的又一個方面是提供一種恒功率牽引驅(qū)動系統(tǒng)，包括:柴油發(fā)電機、整流器、逆變器、牽引電機及恒功率控制裝置，其中，
[0019]所述柴油發(fā)電機包括發(fā)動機及與所述發(fā)動機輸入軸連接的發(fā)電機；
[0020]所述整流器與所述發(fā)電機的電流輸出端連接；
[0021]所述逆變器與所述整流器的直流輸出端連接；
[0022]所述牽引電機與所述逆變器的交流輸出端連接；
[0023]所述恒功率控制裝置為上述的恒功率控制裝置，所述恒功率控制裝置分別與所述柴油發(fā)電機、所述整流器及所述逆變器連接。
[0024]由上述技術方案可知，本發(fā)明提供的實施例將整流器輸出電壓、電流、功率分別與目標電壓、目標電流和目標功率之間的差值作為控制變量；然后根據(jù)所述控制變量生成相應的脈沖寬度的脈沖信號；最后采用所述脈沖寬度的脈沖調(diào)制信號控制所述發(fā)電機的勵磁電流，以保證與所述發(fā)電機連接的整流器輸出的直流電嚴格控制在合理范圍內(nèi)，進而使得通過逆變器與所述整流器連接的牽引電機輸出的牽引功率在合理的范圍內(nèi)，避免了現(xiàn)有技術中因牽引電機輸出的牽引功率超限而出現(xiàn)的故障，使牽引電機輸出的功率控制在合理的范圍內(nèi)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為現(xiàn)有牽引驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構示意圖；[0026]圖2為本發(fā)明提供的恒功率控制方法實施例一的流程示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明提供的恒功率控制方法實施例二的流程示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明提供的恒功率控制裝置實施例一的結(jié)構示意圖；
[0029]圖5為本發(fā)明提供的恒功率控制裝置實施例二的結(jié)構示意圖；
[0030]圖6為本發(fā)明提供的恒功率控制裝置實施例中所述第二處理單元的具體實現(xiàn)的結(jié)構示意圖；
[0031]圖7為本發(fā)明提供的恒功率牽引驅(qū)動系統(tǒng)實施例一的結(jié)構示意圖；
[0032]圖8為本發(fā)明提供的恒功率牽引驅(qū)動系統(tǒng)實施例二的結(jié)構示意圖。
【具體實施方式】
[0033]為使本發(fā)明專利的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明專利實施例中的附圖，對本發(fā)明專利實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0034]如圖2所示，本發(fā)明提供的恒功率控制方法實施例一的流程示意圖。如圖中所示，本實施例一所述的恒功率控制方法，包括:
[0035]步驟101、接收輸入的功率級位信號。
[0036]其中，所述功率級位信號具體為電壓信號。牽引驅(qū)動系統(tǒng)的功率級位可分為多個，供司機駕駛時選擇。所述功率級位信號可通過機車駕駛室內(nèi)的操控桿、輸入鍵或觸摸屏等進行輸入。
[0037]步驟102、檢測柴油發(fā)電機中發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速，以及整流器輸出端的第一電壓和第一電流，其中，所述柴油發(fā)電機包括所述發(fā)動機及與所述發(fā)動機輸入軸連接的發(fā)電機，所述整流器的電流輸入端與所述發(fā)電機的電流輸出端連接。
[0038]其中，所述柴油發(fā)電機中發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速可通過設置在所述發(fā)動機輸出軸處的轉(zhuǎn)速傳感器檢測出。所述轉(zhuǎn)速傳感器可以具體是:轉(zhuǎn)速測量儀、電磁傳感器、霍爾傳感器或光電傳感器等等。所述整流器輸出端的電流和電壓值的檢測可采用電流傳感器和電壓傳感器實現(xiàn)。
[0039]步驟103、分別根據(jù)功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及目標電壓的對應關系，功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及目標電流的對應關系，以及功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及整流器輸出功率的目標值的對應關系，獲取與所述功率級位信號和所述發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速對應的目標電壓、目標電流及整流器輸出功率的目標值。
[0040]其中，所述功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及目標電壓的對應關系，所述功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及目標電流的對應關系，以及所述功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及整流器輸出功率的目標值的對應關系，均可通過測試實驗的結(jié)果人工設置獲得。上述各對應關系可以以列表的方式預先存儲在存儲器中。當接收到司機輸入的功率級位信號，并接收到轉(zhuǎn)速傳感器檢測到的當前發(fā)動機輸出的轉(zhuǎn)速后，查詢各對應關系列表，以獲得在所述功率級位信號及發(fā)動機輸出的轉(zhuǎn)速情況下的目標電壓、目標電流及整流器輸出功率的目標值。[0041]步驟104、根據(jù)所述第一電壓和所述第一電流，得出所述整流器的第一輸出功率。
[0042]具體地，本步驟可采用乘法器來實現(xiàn)。即所述乘法器將所述第一電壓和所述第一電流進行乘積計算，輸出計算后得出的所述整流器的第一輸出功率。
[0043]步驟105、分別比較所述第一電壓與所述目標電壓，所述第一電流值與所述目標電流，以及所述第一輸出功率與所述整流器輸出功率的目標值，得出電壓差值、電流差值及第一功率差值。
[0044]具體的，上述步驟105中所述電壓差值、電流差值和第一功率差值可分別通過三個求解器計算得出。其中，所述的三個求解器可并行的進行減法計算，以得出所述第一電壓與所述目標電壓的電壓差值，所述第一電流值與所述目標電流的電流差值，以及所述第一功率差值與所述整流器輸出功率的目標值的第一功率差值。
[0045]步驟106、對所述電壓差值、電流差值和第一功率差值進行模糊控制處理，生成相應脈沖寬度的脈沖信號，以采用所述脈沖寬度的脈沖信號控制所述發(fā)電機的勵磁電流，使通過逆變器與所述整流器的電流輸出端連接的牽引電機的輸出功率不大于預設的最大輸出功率。
[0046]具體地，根據(jù)預設的模糊控制處理程序，對所述電壓差值、電流差值和第一功率差值進行模糊控制處理，確定出調(diào)整標準值及相應的比例參數(shù)和積分參數(shù)。然后，根據(jù)所述比例參數(shù)和積分參數(shù)，對所述調(diào)整標準值進行比例積分調(diào)節(jié)處理，生成相應脈沖寬度的脈沖信號。通過所述模糊控制處理可實現(xiàn)根據(jù)不同輸入變量得出不同的比例參數(shù)P和積分參數(shù)I，以使積分調(diào)節(jié)處理結(jié)果更精確，較傳統(tǒng)的比例積分調(diào)節(jié)只能采用固定的比例參數(shù)P和積分參數(shù)I對輸入變量進行比例積分調(diào)節(jié)，比例積分調(diào)節(jié)性能更好。其中，所述調(diào)整標準值可以是所述電壓差值、電流差值和第一功率差值中最小的值，也可以是其他的基于所述電壓差值、電流差值和第一功率差值計算得出的數(shù)值。所述調(diào)整標準值確定的目的是:將所述整流器輸出的直流電的電壓嚴格控制在設定的范圍內(nèi)，例如，550疒900V，以限制通過逆變器與所述整流器的電流輸出端連接的牽引電機的輸出功率在合理的范圍內(nèi)。在本步驟生成的脈沖寬度的脈沖信號的控制下，所述發(fā)電機的勵磁驅(qū)動器輸出相應的勵磁電流，以使所述發(fā)電機輸出相應的交流電，進而使得所述整流器輸出端的直流電的電壓，即中間電壓，嚴格控制在預設的波動范圍內(nèi)，其中，所述預設波動范圍具體可以為55(T900V。那么與所述整流器的直流電輸出端相連的逆變器輸出的交流電也會被控制在預定的范圍內(nèi)，進而與所述逆變器的交流電輸出端相連的牽引電機的輸出功率也就不會大于預設的最大輸出功率。所述預設的最大輸出功率可以是牽引電機的額定功率，也可根據(jù)實際情況選擇額定功率以下任意的一個值。
[0047]本實施例根據(jù)實時檢測到的柴油發(fā)電機中發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速，以及整流器輸出的電壓值和電流值，控制牽引驅(qū)動系統(tǒng)的輸出功率在合理的范圍內(nèi)。本實施例實現(xiàn)了對牽弓丨驅(qū)動系統(tǒng)的恒功率控制，避免了現(xiàn)有技術中因牽引電機輸出的牽引功率超限而出現(xiàn)的故障，使牽引電機輸出的功率控制在合理的范圍內(nèi)。另外，本實施例通過實時的檢測發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速以及整流器的電流和電壓輸出值，及時的調(diào)整牽引驅(qū)動系統(tǒng)中發(fā)動機的勵磁電流，以使牽引電機及時的調(diào)整牽引功率的輸出，有效的提高了牽引驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)響應性倉泛。
[0048]為了進一步完善上述實施例一所述的恒功率控制方法。如圖3所示，本發(fā)明提供的所述恒功率控制方法實施例二的流程示意圖。如圖3所示，本實施二在實施例一的基礎上，增加了如下步驟:
[0049]步驟107、檢測所述逆變器輸出端的第二電壓和第二電流，其中，所述逆變器的電流輸入端與所述整流器的電流輸出端連接，所述牽引電機的電流輸入端與所述逆變器的電流輸入端連接。
[0050]同樣地，所述逆變器輸出端的第二電壓和第二電流的檢測也可采用電壓傳感器和電流傳感器來實現(xiàn)。所述電壓傳感器和電流傳感器實時采集所述逆變器輸出的電壓和電流。
[0051]步驟108、根據(jù)功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及逆變器輸出功率的目標值的對應關系，得出與所述功率級位信號和所述發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速對應的逆變器輸出功率的目標值。
[0052]其中，所述功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及逆變器輸出功率的目標值的對應關系，可通過測試實驗的測試結(jié)果人工設置獲得。所述功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及逆變器輸出功率的目標值的對應關系可以以列表的方式預先存儲在存儲器中。當接收到所述功率級位信號及發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速后，查詢存儲器中的相應列表，即功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及逆變器輸出功率的目標值的對應關系列表，以獲得逆變器輸出功率的目標值。
[0053]步驟109、根據(jù)所述第二電壓和所述第二電流，得出第二輸出功率。
[0054]具體地，本步驟可采用乘法器來實現(xiàn)。即所述乘法器將所述第二電壓值和所述第二電流值進行乘積計算，得出所述逆變器的第二輸出功率。
[0055]步驟110、比較所述逆變器輸出功率的目標值及所述第二輸出功率，得出第二功率差值。
[0056]具體地，本步驟可采用求解器來實現(xiàn)。即所述求解器將所述逆變器輸出功率的目標值與所述第二輸出功率進行減法計算，得出第二功率差值。
[0057]步驟111、對所述第二功率差值進行空間矢量脈寬調(diào)制(Space VectorPulseWidth Modulation，簡稱SVPWM)，生成相應的脈沖寬度的脈沖驅(qū)動信號，以采用所述脈沖寬度的脈沖驅(qū)動信號驅(qū)動所述逆變器，使所述牽引電機的輸出功率不大于所述預設的最大輸出功率。
[0058]在上述實施例一的基礎上，本實施例又通過對所述逆變器輸出電流和電壓的檢測來實時對所述逆變器輸出的交流電進行控制，以進一步控制與所述逆變器的交流電輸出端連接的牽引電機的輸出功率，且進一步地提高了牽引驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)響應性能。
[0059]如圖4所示，本發(fā)明提供的恒功率控制裝置實施例一的結(jié)構示意圖。如圖中所示，本實施例一所述的恒功率控制裝置，包括:輸入單元1、第一檢測單元2、第一處理單元3、第一計算單元4和第二處理單元5。其中，所述輸入單元I用于接收輸入的功率級位信號。所述第一檢測單元2用于檢測柴油發(fā)電機中發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速，以及整流器輸出端的第一電壓和第一電流，其中，所述柴油發(fā)電機包括所述發(fā)動機及與所述發(fā)動機輸出軸連接的發(fā)電機，所述整流器的電流輸入端與所述發(fā)電機的電流輸出端連接。所述第一處理單元3用于分別根據(jù)功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及目標電壓的對應關系，功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及目標電流的對應關系，以及功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及整流器輸出功率的目標值的對應關系，獲取與所述功率級位信號和所述發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速對應的目標電壓、目標電流及整流器輸出功率的目標值。所述第一計算單元4用于根據(jù)所述第一電壓和所述第一電流，得出所述整流器的第一輸出功率，以及分別比較所述第一電壓與所述目標電壓，所述第一電流值與所述目標電流，以及所述整流器輸出功率的目標值與所述第一輸出功率，得出電壓差值、電流差值及第一功率差值。所述第二處理單元5用于對所述電壓差值、電流差值和第一功率差值進行模糊控制處理，生成相應脈沖寬度的脈沖信號，以采用所述脈沖寬度的脈沖信號控制所述發(fā)電機的勵磁電流，使通過逆變器與所述整流器的電流輸出端連接的牽引電機的輸出功率不大于預設的最大輸出功率。本實施例所述的恒功率控制裝置可實現(xiàn)上述恒功率控制方法實施例一中所述的各步驟，本實施例所述的恒功率控制裝置的工作原理同上述恒功率控制方法實施例一中所述的內(nèi)容，此處不再贅述。
[0060]本實施例根據(jù)實時檢測到的柴油發(fā)電機中發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速，以及整流器輸出的電壓值和電流值，控制牽引驅(qū)動系統(tǒng)的輸出功率在合理的范圍內(nèi)。本實施例實現(xiàn)了對牽弓丨驅(qū)動系統(tǒng)的恒功率控制，避免了現(xiàn)有技術中因牽引電機輸出的牽引功率超限而出現(xiàn)的故障，使牽引電機輸出的功率控制在合理的范圍內(nèi)。另外，本實施例通過實時的檢測發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速以及整流器的電流和電壓輸出值，及時的調(diào)整牽引驅(qū)動系統(tǒng)中發(fā)動機的勵磁電流，以使牽引電機及時的調(diào)整牽引功率的輸出，有效的提高了牽引驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)響應性倉泛。
[0061]具體地，上述實施例中所述輸入單元可以是按鍵、觸摸屏或操控桿。如圖7和圖8所示，所述第一檢測單元可以是包括:轉(zhuǎn)速傳感器201、第一電流傳感器202和第一電壓傳感器203。其中，所述轉(zhuǎn)速傳感器201用于檢測所述柴油發(fā)電機中發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速。所述第一電流傳感器202用于檢測所述整流器輸出端的第一電流。所述第一電壓傳感器203用于檢測所述整流器輸出端的第一電壓。所述轉(zhuǎn)速傳感器201設置在所述發(fā)動機輸出軸。所述第一電流傳感器202和所述第一電壓傳感器203均設置在所述整流器的輸出端。所述第一計算單元包括:第一乘法器401、第一求解器402、第二求解器403及第三求解器404。其中，所述第一乘法器401用于根據(jù)所述第一電壓和所述第一電流，得出所述整流器的第一輸出功率。所述第一求解器402用于比較所述第一電壓與所述目標電壓，得出所述電壓差值。第二求解器403用于比較所述第一電流值與所述目標電流，得出所述電流差值。第三求解器404用于比較所述整流器輸出功率的目標值與所述第一輸出功率，得出所述第一功率差值。所述第一處理單元和第二處理單元可采用具有數(shù)據(jù)處理能力的處理器。
[0062]如圖5所示，本發(fā)明提供的恒功率控制裝置實施例二的結(jié)構示意圖。本實施例二所述的恒功率控制裝置，除包括上述實施例一中所述的各單元外，還包括:第二檢測單元
6、第三處理單元7、第二計算單元8和第四處理單元9。其中，所述第二檢測單元6用于檢測所述逆變器輸出端的第二電壓和第二電流，所述逆變器的電流輸入端與所述整流器的電流輸出端連接，所述牽引電機的電流輸入端與所述逆變器的電流輸入端連接。所述第三處理單元7用于根據(jù)功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及逆變器輸出功率的目標值的對應關系，得出與所述功率級位信號和所述發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速對應的逆變器輸出功率的目標值。所述第二計算單元8用于根據(jù)所述第二電壓和所述第二電流，得出所述逆變器的第二輸出功率，以及比較所述逆變器輸出功率的目標值及所述第二輸出功率，得出第二功率差值。所述第四處理單元9用于對所述第二功率差值進行空間矢量脈寬調(diào)制，生成相應脈沖寬度的脈沖驅(qū)動信號，以采用所述脈沖寬度的脈沖驅(qū)動信號驅(qū)動所述逆變器，使所述牽引電機的輸出功率不大于所述預設的最大輸出功率。本實施例所述的恒功率控制裝置可實現(xiàn)上述恒功率控制方法實施例二中所述的各步驟，本實施例所述的恒功率控制裝置的工作原理同上述恒功率控制方法實施例二中所述的內(nèi)容，此處不再贅述。
[0063]在上述實施例一的基礎上，本實施例二又通過對所述逆變器輸出電流和電壓的檢測來實時對所述逆變器輸出的交流電進行控制，以進一步控制與所述逆變器的交流電輸出端連接的牽引電機的輸出功率，且進一步地提高了牽引驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)響應性能。
[0064]具體地，如圖8所示，上述實施例二中所述第二檢測單元包括第二電流傳感器601和第二電壓傳感器602，所述第二電流傳感器601用于檢測所述逆變器的輸出電流，所述第二電壓傳感器602用于檢測所述逆變器的輸出電壓。所述第二電流傳感器601與所述第二電壓傳感器602均設置在所述逆變器的輸出端。所述第二計算單元包括第二乘法器801和第四求解器802。其中所述第二乘法器801用于根據(jù)所述第二電壓和所述第二電流，得出所述逆變器的第二輸出功率。所述第四求解器802用于比較所述逆變器輸出功率的目標值及所述第二輸出功率，得出第二功率差值。所述第三處理單元和所述第四處理單元可采用具有數(shù)據(jù)處理能力的處理器。
[0065]上述實施例中所述的第二處理單元可采用如圖6所示結(jié)構來實現(xiàn)。具體地，所述第二處理單元包括:模糊處理器501和比例積分調(diào)節(jié)器502。其中，所述模糊處理器501用于根據(jù)預設的模糊控制處理程序，對所述電壓差值、電流差值和第一功率差值進行模糊控制處理，確定出調(diào)整標準值及相應的比例參數(shù)和積分參數(shù)。所述調(diào)整標準值可以是所述電壓差值、電流差值和第一功率差值中最小的值，也可以是其他的基于所述電壓差值、電流差值和第一功率差值計算得出的數(shù)值。所述調(diào)整標準值確定的目的是:將所述整流器輸出的直流電的電壓嚴格控制在設定的范圍內(nèi)，例如，550V、00V，以限制牽引驅(qū)動系統(tǒng)的工作功率在合理的范圍內(nèi)。所述比例積分調(diào)節(jié)器502用于根據(jù)所述比例參數(shù)和積分參數(shù)，對所述調(diào)整標準值進行比例積分調(diào)節(jié)處理，生成相應脈沖寬度的脈沖信號。
[0066]本實施例所述模糊控制器可實現(xiàn)根據(jù)接收到的輸入變量的不同得出不同的比例參數(shù)P和積分參數(shù)I，以使積分調(diào)節(jié)處理結(jié)果更精確，較傳統(tǒng)的比例積分調(diào)節(jié)器只能采用固定的比例參數(shù)P和積分參數(shù)I對輸入變量進行比例積分調(diào)節(jié)，本實施例的比例積分調(diào)節(jié)性能更好。
[0067]如圖7和圖8中所示，本發(fā)明提供的恒功率牽引驅(qū)動系統(tǒng)系統(tǒng)實施例一和實施二的結(jié)構示意圖。如圖7和圖8所示,本發(fā)明實施例所述的交流傳動內(nèi)燃動車組恒功率控制系統(tǒng)包括:柴油發(fā)電機、整流器16、逆變器17、牽引電機18及恒功率控制裝置。其中，所述柴油發(fā)電機包括發(fā)動機14及與所述發(fā)動機14輸入軸連接的發(fā)電機15。所述整流器16的電流輸入端與所述發(fā)電機15的電流輸出端連接。所述逆變器17的電流輸入端與所述整流器16的電流輸出端連接。所述牽引電機18的電流輸入端與所述逆變器17的電流輸出端連接。所述恒功率控制裝置分別與所述柴油發(fā)電機、所述整流器16、及所述逆變器17連接。所述恒功率控制裝置可采用上述各實施例中任一實施例所述的恒功率控制裝置。所述恒功率控制裝置的工作原理同上述恒功率控制裝置各實施例所述的內(nèi)容。
[0068]具體地，如圖7所示，所述恒功率牽引驅(qū)動系統(tǒng)實施例一中的所述恒功率控制裝置包括:輸入單元1、第一檢測單元、第一處理單元3、第一計算單元4和第二處理單元5。其中，所述第二處理單元5包括:模糊處理器501和比例積分調(diào)節(jié)器502。第一檢測單元包括:轉(zhuǎn)速傳感器201、第一電流傳感器202和第一電壓傳感器203。第一計算單兀4包括:第一乘法器401、第一求解器402、第二求解器403及第三求解器404。上述各單元的工作原理同上述恒功率控制裝置實施例一中所述的內(nèi)容，此處不再贅述。
[0069]如圖8所示，所述恒功率牽引驅(qū)動系統(tǒng)實施例二中的所述恒功率控制裝置包括:輸入單元1、第一檢測單元、第一處理單元3、第一計算單元4、第二處理單元5、第二檢測單元、第三處理單元7、第二計算單元8和第四處理單元9。其中，所述第一檢測單元包括:轉(zhuǎn)速傳感器201、第一電流傳感器202和第一電壓傳感器203。所述第一計算單元4包括:第一乘法器401、第一求解器402、第二求解器403及第三求解器404。所述第二檢測單元包括:第二電流傳感器601和第二電壓傳感器602。所述第二計算單元8包括:第二乘法器801和第四求解器802。上述各單元的工作原理同上述恒功率控制裝置實施例二中所述的內(nèi)容，此處不再贅述。
[0070]本發(fā)明提供的實施例根據(jù)實時檢測到的柴油發(fā)電機中發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速，以及整流器輸出的電壓值和電流值，控制牽引驅(qū)動系統(tǒng)的輸出功率在合理的范圍內(nèi)。本實施例實現(xiàn)了對牽引驅(qū)動系統(tǒng)的恒功率控制，避免了現(xiàn)有技術中因牽引電機輸出的牽引功率超限而出現(xiàn)的故障，使牽引電機輸出的功率控制在合理的范圍內(nèi)。另外，本發(fā)明提供的實施例通過實時的檢測發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速以及整流器的電流和電壓輸出值，及時的調(diào)整牽引驅(qū)動系統(tǒng)中發(fā)動機的勵磁電流，以使牽引電機及時的調(diào)整牽引功率的輸出，有效的提高了牽引驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)響應性能。
[0071]最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。
【權利要求】
1.一種恒功率控制方法，其特征在于，包括: 接收輸入的功率級位信號； 檢測柴油發(fā)電機中發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速，以及整流器輸出端的第一電壓和第一電流，其中，所述柴油發(fā)電機包括所述發(fā)動機及與所述發(fā)動機輸出軸連接的發(fā)電機，所述整流器的電流輸入端與所述發(fā)電機的電流輸出端連接； 分別根據(jù)功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及目標電壓的對應關系，功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及目標電流的對應關系，以及功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及整流器輸出功率的目標值的對應關系，獲取與所述功率級位信號和所述發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速對應的目標電壓、目標電流及整流器輸出功率的目標值； 根據(jù)所述第一電壓和所述第一電流，得出所述整流器的第一輸出功率； 分別比較所述第一電壓與所述目標電壓，所述第一電流值與所述目標電流，以及所述第一輸出功率與所述整流器輸出功率的目標值，得出電壓差值、電流差值及第一功率差值； 對所述電壓差值、電流差值和第一功率差值進行模糊控制處理，生成相應脈沖寬度的脈沖信號，以采用所述脈沖寬度的脈沖信號控制所述發(fā)電機的勵磁電流，使通過逆變器與所述整流器的電流輸出端連接的牽引電機的輸出功率不大于預設的最大輸出功率。
2.根據(jù)權利要求1所述的恒功率控制方法，其特征在于，還包括: 檢測所述逆變器輸出端的第二電壓和第二電流，其中，所述逆變器的電流輸入端與所述整流器的電流輸出端連接； 根據(jù)功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及逆變器輸出功率的目標值的對應關系，得出與所述功率級位信號和所述·發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速對應的逆變器輸出功率的目標值；根據(jù)所述第二電壓和所述第二電流，得出第二輸出功率； 比較所述逆變器輸出功率的目標值及所述第二輸出功率，得出第二功率差值； 對所述第二功率差值進行空間矢量脈寬調(diào)制，生成相應脈沖寬度的脈沖驅(qū)動信號，以采用所述脈沖寬度的脈沖驅(qū)動信號驅(qū)動所述逆變器，使與所述逆變器的電流輸出端連接的所述牽引電機的輸出功率不大于所述預設的最大輸出功率。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的恒功率控制方法，其特征在于，所述對所述電壓差值、電流差值和第一功率差值進行模糊控制處理，生成相應脈沖寬度的脈沖信號，包括: 根據(jù)預設的模糊控制處理程序，對所述電壓差值、電流差值和第一功率差值進行模糊控制處理，確定出調(diào)整標準值及相應的比例參數(shù)和積分參數(shù)； 根據(jù)所述比例參數(shù)和積分參數(shù)，對所述調(diào)整標準值進行比例積分調(diào)節(jié)處理，生成相應脈沖寬度的脈沖信號。
4.一種恒功率控制裝置，其特征在于，包括: 輸入單元，用于接收輸入的功率級位信號； 第一檢測單元，用于檢測柴油發(fā)電機中發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速，以及整流器輸出端的第一電壓和第一電流，其中，所述柴油發(fā)電機包括所述發(fā)動機及與所述發(fā)動機輸出軸連接的發(fā)電機，所述整流器的電流輸入端與所述發(fā)電機的電流輸出端連接； 第一處理單元，用于分別根據(jù)功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及目標電壓的對應關系，功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及目標電流的對應關系，以及功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及整流器輸出功率的目標值的對應關系，獲取與所述功率級位信號和所述發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速對應的目標電壓、目標電流及整流器輸出功率的目標值； 第一計算單元，用于根據(jù)所述第一電壓和所述第一電流，得出所述整流器的第一輸出功率，以及分別比較所述第一電壓與所述目標電壓，所述第一電流值與所述目標電流，和所述第一輸出功率與所述整流器輸出功率的目標值，得出電壓差值、電流差值及第一功率差值； 第二處理單元，用于對所述電壓差值、電流差值和第一功率差值進行模糊控制處理，生成相應脈沖寬度的脈沖信號，以采用所述脈沖寬度的脈沖信號控制所述發(fā)電機的勵磁電流，使通過逆變器與所述整流器的電流輸出端連接的牽引電機的輸出功率不大于預設的最大輸出功率。
5.根據(jù)權利要求4所述的恒功率控制裝置，其特征在于，還包括: 第二檢測單元，用于檢測所述逆變器輸出端的第二電壓和第二電流，其中，所述逆變器的電流輸入端與所述整流器的電流輸出端連接； 第三處理單元，用于根據(jù)功率級位信號、發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速及逆變器輸出功率的目標值的對應關系，得出與所述功率級位信號和所述發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速對應的逆變器輸出功率的目標值； 第二計算單元，用于根據(jù)所述第二電壓和所述第二電流，得出所述逆變器的第二輸出功率，以及比較所述逆變器輸出功率的目標值及所述第二輸出功率，得出第二功率差值；第四處理單元，用于對所述第二功率差值進行空間矢量脈寬調(diào)制，生成相應脈沖寬度的脈沖驅(qū)動信號，以采用所述脈沖寬度的脈沖驅(qū)動信號驅(qū)動所述逆變器，使與所述逆變器的電流輸出端連接的所述牽引電機的輸出功率不大于所述預設的最大輸出功率。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的恒功率控制裝置，其特征在于，所述第二處理單元包括: 模糊處理器，用于根據(jù)預設的模糊控制處理程序，對所述電壓差值、電流差值和第一功率差值進行模糊控制處理，確定出調(diào)整標準值及相應的比例參數(shù)和積分參數(shù)； 比例積分調(diào)節(jié)器，用于根據(jù)所述比例參數(shù)和積分參數(shù)，對所述調(diào)整標準值進行比例積分調(diào)節(jié)處理，生成相應脈沖寬度的脈沖信號。
7.根據(jù)權利要求5所述的恒功率控制裝置，其特征在于，所述第一檢測單元包括:轉(zhuǎn)速傳感器、第一電流傳感器和第一電壓傳感器；其中， 所述轉(zhuǎn)速傳感器，用于檢測所述柴油發(fā)電機中發(fā)動機輸出軸的轉(zhuǎn)速； 所述第一電流傳感器，用于檢測所述整流器輸出端的第一電流； 所述第一電壓傳感器，用于檢測所述整流器輸出端的第一電壓； 所述第二檢測單元包括:第二電流傳感器和第二電壓傳感器；其中， 所述第二電流傳感器，用于檢測所述逆變器輸出端的第二電流； 所述第二電壓傳感器，用于檢測所述逆變器輸出端的第二電壓。
8.根據(jù)權利要求5所述的恒功率控制裝置，其特征在于，所述第一計算單元包括:第一乘法器、第一求解器、第二求解器及第三求解器；其中， 所述第一乘法器，用于根據(jù)所述第一電壓和所述第一電流，得出所述整流器的第一輸出功率； 所述第一求解器，用于比較所述第一電壓與所述目標電壓，得出所述電壓差值；所述第二求解器，用于比較所述第一電流值與所述目標電流，得出所述電流差值； 所述第三求解器，用于比較所述整流器輸出功率的目標值與所述第一輸出功率，得出所述第一功率差值； 所述第二計算單元包括:第二乘法器和第四求解器；其中， 所述第二乘法器，用于根據(jù)所述第二電壓和所述第二電流，得出所述逆變器的第二輸出功率； 所述第四求解器，用于以比較所述逆變器輸出功率的目標值及所述第二輸出功率，得出所述第二功率差值。
9. 一種恒功率牽引驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，包括:柴油發(fā)電機、整流器、逆變器、牽引電機及恒功率控制裝置，其中， 所述柴油發(fā)電機包括發(fā)動機及與所述發(fā)動機輸入軸連接的發(fā)電機； 所述整流器的電流輸入端與所述發(fā)電機的電流輸出端連接； 所述逆變器的電流輸入端與所述整流器的電流輸出端連接； 所述牽引電機的電流輸入端與所述逆變器的電流輸出端連接； 所述恒功率控制裝置為上述權利要求4至8中任一所述的恒功率控制裝置，所述恒功率控制裝置分別與所述柴油發(fā)電機、所述整流器及所述逆變器連接。
【文檔編號】H02P27/08GK103580572SQ201210277518
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月6日 優(yōu)先權日:2012年8月6日
【發(fā)明者】于躍, 姜悅禮, 吳志友 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心