一种电力机车粘着控制系统

1.本发明属于机车牵引控制技术领域，尤其是涉及电力机车粘着控制系统。


背景技术：

2.机车(列车)运行通过轮轨间的相互作用来实现，只有在保证轮轨间的有效粘着为前提条件下，才能进一步利用牵引电机的功率。轮轨粘着特性不仅与机车自身和轮轨材料有关，也与线路状况、轨面清洁度等一系列随时空变化的不确定因素相关。若机车运行过程中牵引力大于轮轨间可用粘着力，多余牵引力将加速车轮形成空转，相对滑动速度很快加大，可用粘着力则迅速降低，会造成轮轨的磨损甚至毁坏，不仅增加了铁路运营的保养维修费用，也会威胁到机车的安全运行。由于机车运行的条件千变万化，牵引中，司机操纵的改变或轨面条件的恶化，空转并不能完全避免；目前国内交直机车主要采用组合校正法进行防空转防滑控制，首先对车轮加速度进行判断，当加速度超过一定阈值时表示空转滑行现象比较严重，则快速深度削减动轮驱动转矩，即削减机车牵引力；如果车轮加速度没有超过阈值，则对蠕滑速度进行判断，当蠕滑速度超过阈值时，对驱动转矩进行较大幅度的调整，反之，判定为正常运行状况。在用的组合校正法采用2个或者是多个单项阈值条件判断是否发生空转，在未发生空转时，不能实现空转风险的综合判断；在已经发生空转时，不能实现空转程度的综合综合判断。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，针对现在已有技术的缺陷，提供一种电力机车粘着控制系统来实现最大牵引力的自适应控制。电力机车粘着控制系统包括粘着系数专家控制模型、牵引力限定自整定模块和空转牵引力控制模块；粘着系数专家控制模型的输入为环境温度、天气状态和轨道着物状态，输出为粘着系数整定值；牵引力限定自整定模块依据粘着系数整定值整定粘着系数经验计算模型，并对输入的机车牵引力进行上限限幅控制后输出；空转牵引力控制模块依据蠕滑度变化率、蠕滑度和机车轮对速度变化率判断机车轮对是否发生空转，并依据空转判断结果决定是否对进行上限限幅控制后的机车牵引力进行空转牵引力控制。
4.所述依据粘着系数整定值整定粘着系数经验计算模型是
[0005][0006]
其中，v是机车车速，μj是模型输出的计算粘着系数，a1、a2、a3、a4、a5为计算粘着系数的经验公式参数；ξ是粘着系数专家控制模型输出的粘着系数整定值。对输入的机车牵引力进行上限限幅控制是
[0007][0008]
其中，p
μ
为计算粘着重量，μj·
p
μ
是最大牵引力限定值，f1、f2分别是牵引力限定自
整定模块的输入牵引力、输出牵引力。
[0009]
所述粘着系数专家控制模型对实时输入的环境温度、天气状态和轨道着物状态进行直接推理计算得到粘着系数整定值。
[0010]
所述电力机车粘着控制系统还包括气候轨面监测模块；气候轨面监测模块包括环境温度测量单元、天气状态测量单元和轨面图像采集识别单元；环境温度测量单元测量并输出当前的环境温度，天气状态测量单元测量并输出当前的天气状态，轨面图像采集识别单元采集实时轨面图像进行识别处理，输出当前的轨道着物状态。
[0011]
空转牵引力控制模块判断机车轮对是否发生空转的方法是，当空转风险值e大于等于1时，则机车轮对发生空转；空转风险值e按照式
[0012][0013]
进行计算，其中，x1为蠕滑度变化率，θ1为蠕滑度变化率阈值；x2为蠕滑度，θ2为蠕滑度阈值；x3为机车轮对速度变化率，θ3为轮对速度变化率阈值；γ1、γ2、γ3为非线性加权控制因子，且γ1≥10、γ2≥10、γ3≥10。蠕滑度变化率x1、蠕滑度x2、机车轮对速度变化率x3均为非负值。
[0014]
空转牵引力控制模块通过控制空转牵引力控制比θ来实现空转牵引力控制，空转牵引力控制比θ为空转牵引力控制模块输出的机车牵引力与输入的机车牵引力之间的比值，且有0≤θ≤1。空转牵引力控制模块的空转牵引力控制过程是：
[0015]
过程i，空转牵引力减小过程，从空转风险值e大于等于1且持续增大开始，至空转风险值e从持续增大变为开始持续减小时结束；过程i中控制θ以斜率d1开始减小，过程i结束时的θ值为最低维持值；θ的最低维持值不小于0；
[0016]
过程ii，空转牵引力最低维持值维持过程，从过程i结束开始，至空转风险值e小于1时结束；过程ii中，空转风险值e持续减小，控制θ等于最低维持值；
[0017]
过程iii，空转牵引力恢复过程，从过程ii结束开始，至θ增大到等于1时结束；过程iii中，空转牵引力控制模块控制θ以斜率d2开始增大，直至θ等于1。斜率d1的下降速率大于斜率d2的上升速率。
[0018]
在空转牵引力控制模块的空转牵引力控制过程ii中，若空转风险值e从持续减小转变为持续增大，则返回过程i进行空转牵引力控制；在空转牵引力控制模块的空转牵引力控制过程iii中，若空转风险值e再次增大到大于等于1，则返回过程i进行空转牵引力控制。
[0019]
所述电力机车粘着控制系统还包括机车速度量测量调节模块(或装置)，用于对机车的蠕滑度、蠕滑度变化率、机车轮对速度变化率、机车车速等机车速度量进行测量调整处理，即周期性地采集机车车轮旋转速度、机车雷达速度和车载卫星定位系统速度，计算得到机车车速、蠕滑度、蠕滑度变化率、机车轮对速度变化率。机车速度量测量调节模块包括速度调整计算单元、机车车轮旋转速度采集单元、机车雷达速度采集单元、车载卫星定位系统速度采集单元，机车车轮旋转速度采集单元周期性地采集机车车轮旋转速度v(h)，机车雷达速度采集单元周期性地采集机车雷达速度w(h)，车载卫星定位系统速度采集单元周期性地采集车载卫星定位系统速度u(k)和定位状态信息x(k)。采集车载卫星定位系统速度和定位状态信息的周期为tu，采集机车雷达速度和机车车轮旋转速度的周期为tv；tu大于tv。速度调整计算单元依据车载卫星定位系统速度u(k)、定位状态信息x(k)，对轮/车速度比调整
模型参数、机车雷达速度调整模型参数进行整定推算，或者是依据机车雷达速度调整模型输出的雷达同步调整速度对轮/车速度比调整模型参数进行整定推算。轮/车速度比调整模型输出机车车速、蠕滑度、蠕滑度变化率、机车轮对速度变化率。采用迭代计算的方式整定推算轮/车速度比调整模型参数和机车雷达速度调整模型参数，其迭代计算的周期与车载卫星定位系统速度采集单元的采集周期tu相同。
[0020]
机车速度量测量调节模块周期性地读取同步采集时间点采集的机车车轮旋转速度v(k)、机车雷达速度w(k)并进行迭代计算，k为当前迭代计算代次。
[0021]
第k次迭代计算时，机车速度量测量调节模块判断车载卫星定位系统速度是否有效。判断为车载卫星定位系统速度有效时，当前轮/车速度调整系数pv(k)按照式
[0022][0023]
进行整定，其中，u(k)为最近一次采集的车载卫星定位系统速度，v(k)为在u(k)同步采集时间点采集的机车车轮旋转速度。
[0024]
判断为车载卫星定位系统速度有效时，当前雷达速度变比系数pw(k)按照式
[0025][0026]
进行整定，其中，w(k)为在u(k)同步采集时间点采集的机车雷达速度。车载卫星定位系统速度有效时，雷达速度调整系数pw等于pw(k)。
[0027]
判断为车载卫星定位系统速度无效时，当前雷达速度变比系数由之前的雷达速度变比系数拟合计算得到，方法是，对m个点(k-1，pw(k-1))、(k-2，pw(k-2))、......、(k-m，pw(k-m))进行直线拟合得到雷达速度变比一阶拟合直线，取雷达速度变比一阶拟合直线上点(k，p
w*
(k))上的值p
w*
(k)为当前雷达速度变比系数pw(k)。pw(k-1)、pw(k-2)、......、pw(k-m)依次为机车速度量测量调节模块前m次迭代计算过程中整定计算得到的m个雷达速度变比系数。雷达同步调整速度w
*
(k)按照式
[0028][0029]
进行计算；当前轮/车速度调整系数按照式
[0030][0031]
进行整定。
[0032]
轮/车速度比系数uv(k)由轮/车速度调整系数拟合计算得到，对m个点(k，pv(k))、(k-1，pv k-1、k-2，pv k-2、......、k-m+1，pv k-m+1进行直线拟合得到轮/车速度调整系数一阶拟合直线，取轮/车速度调整系数一阶拟合直线上点(k，uv(k))上的值uv(k)为轮/车速度比系数uv(k)。pv(k-1)、pv(k-2)、......、pv(k-m+1)依次为机车速度量测量调节模块前m-1次迭代计算过程中整定计算得到的m-1个轮/车速度调整系数。m为大于等于3的整数。
[0033]
当前机车速度vc(h)按照式
[0034][0035]
进行计算，计算周期和采样周期tv相同。取机车车速v为当前机车速度vc(h)。
[0036]
按照式
[0037][0038]
计算当前蠕滑度x2(h)，计算周期和采样周期tv相同，取蠕滑度x2等于当前蠕滑度x2(h)。
[0039]
蠕滑度变化率x1按照式
[0040][0041]
进行计算，计算周期和采样周期tv相同。x2(h-1)为前一次以采样周期tv计算取蠕滑度时得到的当前蠕滑度。
[0042]
车载卫星定位系统速度u(k)采样时刻之前的第τ个机车车轮旋转速度采集时刻为u(k)同步采集时间点，τ是延滞间隔周期数，在该点采集的机车车轮旋转速度为v(k)。同样地，车载卫星定位系统速度u(k)采样时刻之前的第τ个机车雷达速度采集时刻为u(k)同步采集时间点，机车雷达速度w(k)和机车车轮旋转速度v(k)的同步采集时间点一致。延滞间隔周期数τ是将车载卫星定位系统速度获得时刻滞后于机车车轮旋转速度和机车雷达速度的获得时刻的时间滞后值转换成为的采集周期tv倍数值。当车载卫星定位系统速度u(k)无效时，其采样时刻仍然存在，即u(k)同步采集时间点仍然存在。当满足
[0043][0044]
的关系且最近连续的m1次判断车载卫星定位系统速度均为有效时，进行延滞间隔周期数τ的计算，m1≥10；ε为大于0的加速度变化阈值，具体来说，ε的数值可以在至的数值范围内选择，为机车的启动平均加速度。上式中，β(k)即为i等于0时的β(k-i)，为计算的最近一次机车加速度变化率；i分别等于1，2，......，m
1-1时的β(k-i)为最近的m
1-1次的机车加速度变化率。
[0045]
机车加速度变化率按照式
[0046][0047]
进行计算；其中，α(k)为最近一次采集的机车加速度，α(k-1)为前一次采集的机车加速度。
[0048]
机车加速度由加速度计测量采集。或者是，机车加速度按照式
[0049][0050]
进行计算；其中，u(k-1)为采集u(k)的前一次采集的车载卫星定位系统速度。
[0051]
计算延滞间隔周期数τ的方法是，设待优化的参数为延滞间隔周期数为τ
*
和雷达速度比例系数p
w*
。延滞间隔周期数为τ
*
时，与u(k-i)相对应的同步采集时间点采集的机车车轮旋转速度为v
*
(k-i)，与u(k-i)相对应的同步采集时间点采集的机车雷达速度为w
*
(k-i)，即与u(k)相对应的同步采集时间点采集的机车车轮旋转速度、机车雷达速度分别为v
*
(k)、w
*
(k-i)，与u(k-1)相对应的同步采集时间点采集的机车车轮旋转速度、机车雷达速度分别为v
*
(k-1)、w
*
(k-1)，与u(k-2)相对应的同步采集时间点采集的机车车轮旋转速度、机车雷达速度分别为v
*
(k-2)、w
*
(k-2)，以此类推。最小值优化目标函数是
[0052][0053]
取满足最优值(即q为最小值)q的延滞间隔周期数τ
*
为延滞间隔周期数τ；τ
*
的取值范围是大于0且小于2/tv的整数，p
w*
取值范围是大于等于0.8且小于等于1.2。
[0054]
所述机车速度量测量调节模块中，对采样得到的机车车轮旋转速度滤波后得到采集的机车车轮旋转速度；对采样得到的机车雷达速度滤波后得到采集的机车雷达速度；对采样得到的车载卫星定位系统速度滤波后得到采集的车载卫星定位系统速度。在采集第一次车载卫星定位系统速度之前，令
[0055][0056]
其中，i＝1，2，......，m-1。
[0057]
本发明的有益效果是：影响粘着系数的主要因素除机车车速外，还包括钢轨表面状态及周围环境状况。粘着系数专家控制模型的输入包括环境温度、天气状态和轨道着物状态等影响粘着系数机车车速外主要因素，采用直接推理计算的方法得到粘着系数整定值，再由粘着系数整定值去整定反映机车车速影响的粘着系数经验计算模型参数，使系统能够依据天气恶劣度、轨道污染度等机车实际运行时的路况数据对粘着系数进行适应性调整，且在粘着系数专家控制模型的共同参与调整的情况下，系统可以在以大量实验数据为基础所得到的计算粘着系数经验公式基础上，兼顾机车的实际运行路段与变化的运行路况，使机车的最大牵引力限制能够随路段路况的变化实时改变，尽量在不发生轮对空转的情况下进行机车牵引。当粘着条件变差，即使进行上限限幅的情况下，轮轴的机车牵引力(轮周切线力)仍然大于轮轨粘着力，不能避免轮对发生空转时，为尽快恢复机车的正常牵引，本发明采用非线性数学模型计算空转风险值，将传统轮对空转的多个单项阈值判断条件与单项阈值条件均不满足的情况下的加权判断条件综合为一个整体，简化了判断依据，也在单项阈值条件均不满足的情况下，将多个因素量化后进行加权计算，实现多因素的综合判断，使空转判断更为全面准确。非线性数学模型的选取，能够尽量避免单项阈值条件均不满足的情况下加权判断条件的误判可能性。同时，加权判断条件的作用大小可以通过参数来进行设置与调节，各加权项的相对作用大小也可以通过参数来进行设置与调节，使该非线性数学模型归一化的机车轮对空转判断方法能够适用于不同的机车类型与运行状况。
附图说明
[0058]
图1为电力机车粘着控制系统结构示意图；
[0059]
图2为粘着系数专家控制模型进行直接推理计算的方法；
[0060]
图3为机车轮对发生空转时，空转牵引力控制模块的空转牵引力控制示意图1；
[0061]
图4为机车轮对发生空转时，空转牵引力控制模块的空转牵引力控制示意图2；
[0062]
图5为机车速度量测量调节模块结构示意图；
[0063]
图6为机车速度调整方法流程图；
[0064]
图7为雷达速度变比系数一阶拟合直线实施例示意图；
[0065]
图8为轮/车速度比系数一阶拟合直线实施例示意图；
[0066]
图9为计算延滞间隔周期数的流程图；
[0067]
图10为车载卫星定位系统速度采集延滞、机车加速度、机车加速度变化率示意图；
[0068]
图11为车载卫星定位系统速度的机车车轮旋转速度与机车雷达速度同步采集时间点示意图。
具体实施方式
[0069]
以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0070]
图1为电力机车粘着控制系统结构示意图，包括粘着系数专家控制模型10、牵引力限定自整定模块11、空转牵引力控制模块12、机车速度量测量调节模块13和气候轨面监测模块14。f1为从机车速度控制器输出的机车牵引力，ξ为粘着系数专家控制模型输出的粘着系数整定值，牵引力限定自整定模块依据粘着系数整定值整定粘着系数经验计算模型，具体有
[0071][0072]
式(1)中，v是机车车速，μj是粘着系数经验计算模型输出的计算粘着系数，a1、a2、a3、a4、a5为计算粘着系数的经验公式参数，其值与电力机车型号相关，例如，国产各型电力机车分别取a1＝0.24、a2＝12、a3＝100、a4＝8、a5＝0；6k型电力机车分别取a1＝0.189、a2＝8.86、a3＝44、a4＝1、a5＝0；8g型电力机车分别取a1＝0.28、a2＝4、a3＝50、a4＝6、a5＝-0.0006；等等。机车车速v的单位是km/h。
[0073]
牵引力限定自整定模块同时依据粘着系数经验计算模型输出的计算粘着系数对上限限幅前的输机车牵引力f1进行上限限幅控制，即
[0074][0075]
式(2)中，p
μ
为机车的计算粘着重量，对于确定的电力机车型号其值为常数；μj·
p
μ
是最大牵引力限定值；f2为上限限幅后的机车牵引力。p
μ
和各机车牵引力f1、f2的单位是kn；在需要时，牵引力也可以转换为对应的转矩。
[0076]
图1的实施例中，气候轨面监测模块包括环境温度测量单元、天气状态测量单元和轨面图像采集识别单元。c
11
为环境温度测量单元测量并输出的环境温度，输出为范围是-15℃至+50℃；当环境温度低于-15℃时，令c
11
等于-15℃；当环境温度高于+50℃时，令c
11
等于+50℃。c
12
为天气状态测量单元测量并输出的天气状态，当前的天气状态包括下雪、小雨、中雨、大雨和无雨雪，共分5种天气状态；无雨的雾气状态归类至小雨状态中。c
13
为轨面图像采集识别单元采集识别并输出的轨道着物状态，包括积雪、落叶、粉尘、洁净，共分4种轨道着物状态。环境温度测量单元测量并输出环境温度、天气状态测量单元测量并输出天气状态、轨面图像采集识别单元采集识别并输出轨道着物状态均为本领域的常规技术。
[0077]
实施例中，粘着系数专家控制模型对机车行驶过程中实时输入的环境温度、天气状态和轨道着物状态进行推理并得到粘着系数整定值ξ的方法1如图2所示，具体有：
[0078]
推理1、依据环境温度和天气状态推理得到天气环境因子值ξ1，具体是，当环境温
度小于0℃且天气状态不是无雨雪时，ξ1＝b
11
；当环境温度大于等于0℃且天气状态是小雨或下雪时，ξ1＝b
12
；当环境温度大于等于0℃且天气状态是中雨时，ξ1＝b
13
；当环境温度大于等于0℃且天气状态是大雨时，ξ1＝b
14
；当环境温度小于0℃且天气状态是无雨雪时，ξ1＝b
15
；当环境温度大于等于0℃且天气状态是无雨雪时，ξ1＝b
16
。推理1中，要求满足b
11
＜b
12
＜b
13
＜b
14
＜b
15
＜b
16
，具体数值大小依据机车运行状态及专家经验确定，例如，一种取值组合是，b
11
＝0.3，b
12
＝0.4，b
13
＝0.65，b
14
＝0.7，b
15
＝0.9，b
16
＝1。
[0079]
推理2、依据轨道着物状态推理得到轨道着物因子值ξ2，具体是，当轨道着物状态是积雪时，ξ2＝b
21
；当轨道着物状态是落叶时，ξ2＝b
22
；当轨道着物状态是粉尘时，ξ2＝b
23
；当轨道着物状态是洁净时，ξ2＝b
24
。推理2中，要求满足b
21
＜b
22
＜b
23
＜b
24
，具体数值大小依据机车运行状态及专家经验确定，例如，一种取值组合是，b
21
＝0.5，b
22
＝0.6，b
23
＝0.8，b
24
＝1。
[0080]
推理3、依据天气环境因子ξ1和轨道着物因子ξ2计算得到粘着系数整定值ξ，即ξ＝ξ1·
ξ2。
[0081]
粘着系数专家控制模型对机车行驶过程中实时输入的环境温度、天气状态和轨道着物状态进行推理并得到粘着系数整定值ξ的方法2是，第一步，依据表1推理得到初始粘着系数整定值ξ0。
[0082]
表1
[0083] 下雪或小雨中雨或大雨无雨雪积雪b0b1b2落叶b3b5b6粉尘b4b7b9洁净b8b
101[0084]
依据表1推理的具体内容是，天气状态是下雪或小雨，且轨道着物状态是积雪时，令ξ0等于b0；天气状态是中雨或大雨，且轨道着物状态是积雪时，令ξ0等于b1；天气状态是无雨雪，且轨道着物状态是积雪时，令ξ0等于b2；天气状态是下雪或小雨，且轨道着物状态是落叶时，令ξ0等于b3；天气状态是下雪或小雨，且轨道着物状态是粉尘时，令ξ0等于b4；天气状态是中雨或大雨，且轨道着物状态是落叶时，令ξ0等于b5；天气状态是无雨雪，且轨道着物状态是落叶时，令ξ0等于b6；天气状态是中雨或大雨，且轨道着物状态是粉尘时，令ξ0等于b7；天气状态是下雪或小雨，且轨道着物状态是洁净时，令ξ0等于b8；天气状态是无雨雪，且轨道着物状态是粉尘时，令ξ0等于b9；天气状态是中雨或大雨，且轨道着物状态是洁净时，令ξ0等于b
10
；天气状态是无雨雪，且轨道着物状态是洁净时，令ξ0等于1。要求满足b0＜b1＜b2＜b3＜b4≤b5＜b6＜b7≤b8≤b9＜b
10
；例如，依次分别取值0.4、0.45、0.5、0.6、0.7、0.7、0.8、0.85、0.9、0.9、0.95。
[0085]
第二步，依据初始粘着系数整定值ξ0和环境温度测量值c
11
计算粘着系数整定值ξ，
[0086][0087]
空转牵引力控制模块采用建立的非线性数学模型来计算空转风险值e，空转风险值e按照式
之间的相对大小用于确定加权项之间相对作用的大小，不影响各单项超阈值的判断条件；γ1、γ2、γ3之一的值越大，则相应判断项的加权作用越小；反之，γ1、γ2、γ3之一的值越小，则相应判断项的加权作用越大。例如，γ1小，γ2、γ3大，则在条件
④
的空转风险值e计算中，x1/θ1这1项在加权计算中所起的作用比项x2/θ2、x3/θ3均大，但单项阈值条件
①②③
的作用不变，只要
①②③
任何一项达到或者超阈值，仍然满足空转判断条件。
[0093]
前述θ2的取值范围是0.005～0.05之间；θ1的取值范围是0.0001/s～0.005/s之间；θ3的取值范围是3m/s2～30m/s2之间。x1、x2、x3的单位分别与θ1、θ2、θ3的单位相同。
[0094]
式(4)中的2项，式(5)中的3项中，其每一项均包括如
[0095]
e＝γ
(ρ-1)
ꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0096]
所示形式的函数项，其中，ρ分别为x1/θ1、x2/θ2、x3/θ3，γ相应的分别为γ1、γ2、γ3；该形式函数项在0≤ρ＜1时，即判断项待判断值小于相应的阈值时，待判断值离相应的阈值越近，其值变化对函数项的影响越大，例如，以x1与θ1比较为例，x1离θ1越近，则x1的较小变化，也能够引起e(即相应判断项)较大的变化。该特性放大了阈值附近待判断值(即x1、x2、x3)变化的作用，在阈值附近更为灵敏；反过来，当待判断值远离阈值时，降低了灵敏度，以尽量避免单项阈值条件均不满足的情况下加权判断条件的误判可能。
[0097]
计算空转风险值e的非线性数学模型式(4)、式(5)中均有蠕滑度变化率和蠕滑度项。蠕滑度是机车轮对速度与机车车速之间的相对差距，其值的大小直接反映机车轮对离发生空转还差多少程度，或者是已经空转的程度；蠕滑度变化率是蠕滑度变化的速度，该值同时与机车轮对速度变化率和机车车速变化率相关，其值越大，则发生空转的风险越高。式(5)中还有机车轮对速度变化率项，该项与蠕滑度变化率类同，其值越大，则发生空转的风险越高，但机车轮对速度变化率与机车车速变化无关，该项的加入可以有利于机车车速较高时对空转发生进行预判。计算空转风险值e时可以根据需要来选择式(4)，或者是式(5)；选择式(5)时，因为蠕滑度变化率、机车轮对速度变化率的作用有趋同性，确定γ1、γ3大小时应该予以考虑。
[0098]
计算空转风险值e的非线性数学模型，即式(4)，或者是式(5)，以及相应的空转判断条件，将传统的多个轮对空转单项阈值判断条件与单项阈值条件均不满足的情况下的加权判断条件综合为一个整体，简化了判断依据，也在单项阈值条件均不满足的情况下，将多个因素量化后进行加权计算，实现多因素的综合判断，使空转判断更为全面准确。非线性数学模型的选取，能够尽量避免单项阈值条件均不满足的情况下加权判断条件的误判可能性。同时，加权判断条件的作用大小可以通过参数来进行设置与调节，各加权项的相对作用大小也可以通过参数来进行设置与调节，使该非线性数学模型归一化的机车轮对空转判断方法能够适用于不同的机车类型与运行状况。
[0099]
图3为机车轮对发生空转时，空转牵引力控制模块的空转牵引力控制示意图1。空转牵引力控制比θ为空转牵引力控制模块输出的机车牵引力与输入的机车牵引力之间的比值，即空转牵引力控制比θ为空转牵引力控制之后机车车牵引力f3与空转牵引力控制之前机车牵引力f2之间的比值，f3与输入的牵引力f2之间满足
[0100]
f3＝θ
·f2 0≤θ≤1
ꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0101]
的关系。图3中的t1之前，空转风险值e小于1，机车轮对未发生空转，空转牵引力控制比θ等于1。空转牵引力控制模块的空转牵引力控制过程是：
[0102]
过程i，空转牵引力减小过程；从空转风险值e大于等于1且持续增大开始，至空转风险值e从持续增大变为开始减小结束，即从图3中的t1时刻开始，至t2时刻结束；过程i中，空转牵引力控制模块控制θ以斜率d1开始减小，过程i结束时的θ值为最低维持值。θ的最低维持值不小于0。
[0103]
过程ii，空转牵引力最低维持值维持过程；从过程i结束开始，空转风险值e持续减小至空转风险值e小于1结束，即从图3中的t2时刻开始，至t3时刻结束；过程ii中，空转牵引力控制模块控制θ等于最低维持值。
[0104]
过程iii，空转牵引力恢复过程；从过程ii结束开始，至θ增大到等于1结束，即从图3中的t3时刻开始，至t4时刻结束；过程iii中，空转牵引力控制模块控制θ以斜率d2开始增大，直至θ等于1。
[0105]
当空转风险值e从小于1增大到大于等于1时，满足从空转风险值e大于等于1且持续增大的条件。当θ等于1，且空转风险值e持续小于1时，空转牵引力控制模块没有实行空转牵引力控制。
[0106]
图4为机车轮对发生空转时，空转牵引力控制模块的空转牵引力控制示意图2。在过程ii中，若空转风险值e从持续减小转变为持续增大，则返回过程i进行空转牵引力控制；如图4中，在t5时刻，空转风险值e从持续减小转变为持续增大，空转牵引力控制模块即刻从过程ii返回过程i。在过程iii中，若空转风险值e再次增大到大于等于1，则返回过程i进行空转牵引力控制；如图4中，在t6时刻，空转风险值e再次增大到大于等于1，空转牵引力控制模块即刻从过程iii返回过程i。
[0107]
斜率d1的下降速率在0.3/s至2/s之间选择，例如，斜率d1的下降速率选择为0.5/s时，则1s时间将θ降低50％，可以是1s时间从100％降低至50％，或者是1s时间从80％降低至30％，等等。斜率d2的上升速率在0.05/s至0.5/s之间选择，例如，斜率d2的上升速率选择为0.2/s时，则1s时间将θ增加20％，可以是1s时间从40％增加至60％，或者是1s时间从50％增加至70％，等等。在确定d1、d2时，应该使斜率d1的下降速率(绝对值)大于斜率d2的上升速率(绝对值)。
[0108]
目前国内常用的组合校正法中，无论空转程度如何，力矩的卸载策略都固定不变，没有考虑卸载过程中的轮轨粘着状态；一是卸载深度不够，空转未得到完全抑制；二是卸载深度过大，造成机车牵引力损失；三是只有当加速度或者蠕滑率小于设定的阈值时才会停止卸载，容易导致卸载深度过大的后果。本发明的空转牵引力控制模块依据实现多因素的综合判断的空转风险值来进行空转牵引力控制，机车牵引力减载程度与减载过程均由反映轮轨粘着状态的空转风险值来控制，能够尽量避免卸载深度不够，空转未得到完全抑制，或者是卸载深度过大，造成机车牵引力损失的情况；在空转风险值由增大变化为减小时即停止卸载，可以较好地避免卸载深度过大的后果。空转风险值的非线性特性，能够使风险偏大的判断项起到相对更明显的控制作用。
[0109]
图5为对机车的蠕滑度、蠕滑度变化率、机车轮对速度变化率、机车车速等机车速度量进行测量调整处理的机车速度量测量调节模块，或者说是机车速度量测量调节装置的结构示意图。机车车轮旋转速度采集单元101输出采集的机车车轮旋转速度v(h)(含v(k))至速度调整计算单元104，机车雷达速度采集单元103输出采集的机车雷达速度w(h)(含w(k))至速度调整计算单元104；车载卫星定位系统速度采集单元102采集并输出的车载卫星
定位系统速度u(k)、定位状态信息x(k)至速度调整计算单元104；速度调整计算单元104依据输入信息对轮/车速度比调整模型参数和机车雷达速度调整模型参数进行整定推算，并输出机车车速、蠕滑度、蠕滑度变化率、机车轮对速度变化率。具体来说，速度调整计算单元104中的组合开关sw1由端子5输入的定位状态信息x9k)控制；当依据x(k)判断为车载卫星定位系统速度有效时，控制组合开关sw1的端子1与端子2、端子3连接，由车载卫星定位系统速度u(k)去整定轮/车速度比调整模型和机车雷达速度调整模型的参数；端子4悬空，机车雷达速度调整模型输出的雷达同步调整速度w*(k)此时未使用，即w*(k)此时不起作用。当依据x(k)判断为车载卫星定位系统速度无效时，控制sw1的端子4与端子2连接，机车雷达速度调整模型按照给定方法递推机车雷达速度调整模型的参数，机车雷达速度调整模型对机车雷达速度值w(h)中同步采集时间点的机车雷达速度值w(k)进行调整得到雷达同步调整速度w
*
(k)，由雷达同步调整速度w
*
(k)去整定轮/车速度比调整模型的参数；端子1、端子3悬空，即此时车载卫星定位系统速度u(k)未使用(或者是无效)，机车雷达速度调整模型的参数不由外部信号进行整定。轮/车速度比调整模型依据输入的机车车轮旋转速度v(k)、机车雷达速度w(k)进行调整计算，输出送至牵引力限定自整定模块的机车车速v和送至空转牵引力控制模块的各机车速度相关量c2，其中，当空转风险值e按照式(4)进行计算时，各机车速度相关量c2包括蠕滑度变化率x1和蠕滑度x2；当空转风险值e按照式(5)进行计算时，各机车速度相关量c2包括蠕滑度变化率x1、蠕滑度x2和机车轮对速度变化率x3。图5中的组合开关sw1是一个示意开关，其含义是依据x(k)来控制信号流的走向，在数字控制中通常采用程序分支的方法来实现。
[0110]
机车速度量测量调节装置实施例中，机车车轮旋转速度采集单元的采集周期tv为32ms，车载卫星定位系统速度采集单元的采集周期tu为1s，m等于4。在输出机车车轮旋转速度v(h)和机车雷达速度w(h)时，相应的速度采集单元在速度采样和数据处理环节已经根据具体情况进行了相应的滤波处理；例如，机车车轮旋转速度v(h)若采用脉冲转速传感器(编码器)进行采样，则相应滤除脉冲边沿的抖动干扰和脉冲传输过程中的高频干扰；若机车车轮旋转速度v(h)、机车雷达速度w(h)直接输出模拟量或者数字量，可以则单独或者结合采用低通滤波、平滑滤波、卡尔曼滤波，以及其他滤波手段，滤除高频干扰、随机干扰、白噪声干扰等。车载卫星定位系统速度采集单元中包括全球导航卫星系统gnss中的一个或者多个接收终端，例如，gps系统接收终端、北斗卫星导航系统接收终端、伽利略卫星导航系统接收终端、glonass系统接收终端中的一个或者是多个，还包括相应的接收处理模块；接收处理模块接收一个或者是多个接收终端的正在使用解算位置的卫星数量、地面速率(车载卫星定位系统速度)、定位状态是否有效等信息；或者还包括接收一个或者是多个接收终端的经度、纬度、utc时间、海拔高度等信息，并据此推算车载卫星定位系统速度。机车车轮旋转速度采集单元、机车雷达速度采集单元和车载卫星定位系统速度采集单元中所采取的技术手段为本领域的常规技术手段。
[0111]
图6为机车速度量测量调节装置中，整定推算轮/车速度比调整模型参数、机车雷达速度调整模型参数并计算轮/车速度比系数、各机车速度相关量的机车速度调整方法的流程图，其迭代计算的周期与车载卫星定位系统速度采集单元的采集周期相同，每一次迭代计算时的具体步骤是：
[0112]
步骤1，读取第k次迭代计算时(相当于ktu采样时刻)的车载卫星定位系统数据，包
括车载卫星定位系统速度u(k)、定位状态信息x(k)；
[0113]
步骤2，读取车载卫星定位系统速度u(h)同步采集时间点采集的机车车轮旋转速度v(k)和机车雷达速度w(k)；
[0114]
步骤3，判断车载卫星定位系统速度是否有效；判断为车载卫星定位系统速度有效时，转到步骤4；判断为车载卫星定位系统速度无效时，转到步骤5；
[0115]
步骤4，根据u(k)整定轮/车速度比调整模型参数和机车雷达速度调整模型参数，即按照式
[0116][0117]
整定当前轮/车速度调整系数pv(k)和雷达速度变比系数pw(k)；令雷达速度调整系数pw等于pw(k)，转到步骤6；
[0118]
步骤5，推算调整机车雷达速度调整模型参数，即对m个点(k-1，pw(k-1))、(k-2，pw(k-2、
…
、k-m，pwk-m进行直线拟合得到雷达速度变比一阶拟合直线，取雷达速度变比一阶拟合直线上点(k，p
w*
(k))上的值p
w*
(k)为当前雷达速度变比系数pw(k)。令雷达速度调整系数pw等于pw(k)，按照式
[0119][0120]
计算雷达同步调整速度w
*
(k)；根据w
*
(k)整定轮/车速度比调整模型参数，即按照式
[0121][0122]
整定当前轮/车速度调整系数pv(k)；转到步骤6；
[0123]
步骤6，计算轮/车速度比系数，计算各机车速度相关量。计算轮/车速度比系数uv(k)共有2个实施例；计算轮/车速度比系数uv(k)的实施例1，按照式
[0124][0125]
计算轮/车速度比系数uv(k)。计算轮/车速度比系数uv(k)实施例2，对m个点(k，pv(k))、(k-1，pv k-1、
…
、k-m+1，pv k-m+1进行直线拟合得到轮/车速度调整系数一阶拟合直线，取轮/车速度调整系数一阶拟合直线上点(k，uv(k))的值uv(k)为轮/车速度比系数。
[0126]
实施例m等于4。图7为雷达速度变比系数一阶拟合直线实施例示意图。图7中，从左至右的4个“+”点分别为点(k-4，pw(k-4))、(k-3，pw(k-3))、(k-2，pw(k-2))、(k-1，pw(k-1，雷达速度变比系数一阶拟合直线上的点“o”为点k，pw*k。图8为轮/车速度调整系数一阶拟合直线实施例示意图。图8中，从左至右的4个“+”点分别为点(k-3，pv(k-3))、(k-2，pv(k-2、k-1，pv k-1、k，pvk，轮/车速度调整系数一阶拟合直线上的点“0”为点k，un(k)。图7、图8为示意图，4个“+”点的系数值不是实际数据，为展示清楚，误差特意标识较大，且一阶拟合直线的斜率也特意标识较大。
[0127]
定位状态信息x(k)中包括有定位状态是有效定位，还是无效定位的信息，以及正
在使用解算位置的卫星数量信息。机车速度调整方法的步骤3中，判断车载卫星定位系统速度是否有效的方法是，当定位状态信息x(k)中的定位状态为有效定位时，车载卫星定位系统速度为有效，否则，车载卫星定位系统速度为无效。判断车载卫星定位系统速度是否有效的方法或者是，当定位状态信息x(k)和x(k-1)中的定位状态均为有效定位时，车载卫星定位系统速度为有效，否则，车载卫星定位系统速度为无效。判断车载卫星定位系统速度是否有效的方法或者是，当定位状态信息x(k)中的定位状态为有效定位，且定位状态信息x(k)中正在使用解算位置的卫星数量大于等于δ个时，车载卫星定位系统速度为有效，否则，车载卫星定位系统速度为无效。判断车载卫星定位系统速度是否有效的方法或者是，当定位状态信息x(k)和x(k-1)中的定位状态均为有效定位，且定位状态信息x(k)和x(k-1)中的正在使用解算位置的卫星数量均大于等于δ个时，车载卫星定位系统速度为有效，否则，车载卫星定位系统速度为无效。x(k-1)是前一次迭代计算时，即k-1时刻的读取的车载卫星定位系统数据。实施例中，车载卫星定位系统速度采集单元中包括的是gps系统接收终端和相应的接收处理模块。当判断车载卫星定位系统速度是否有效的方法采用前述4种方法中的后面2种，需要定位状态信息x(k)中正在使用解算位置的卫星数量时，要求δ取值大于等于4，优选值为5。
[0128]
步骤4-6中的pv(k)，或者是i等于0时的pv(k-i)，为当前的轮/车速度调整系数。i分别等于1、2、
…
、m-1时的pv(k-1)、pv(k-2)、
…
、pv(k-m+1)，分别为前m-1次迭代计算时得到的轮/车速度调整系数。步骤4-5中的pw(k)，或者是i等于0时的pw(k-i)，为当前的雷达速度变比系数。i分别等于1、2、
…
、m时的pw(k-1)、pw(k-2)、
…
、pw(k-m)，分别为前m次迭代计算时得到的雷达速度变比系数。
[0129]
步骤6计算轮/车速度比系数uv(k)的实施例1中，μv(k)、μv(k-1)、
…
、μv(k-m+1)为与pv(k-1)、pv(k-2)、
…
、pv(k-m+1)相对应的变比加权系数，满足式
[0130][0131]
的关系。从大到小分别对μv(k)、μv(k-1)、
…
、μv(k-m+1)进行取值。例如，m等于4，μv(k)、μv(k-1)、μv(k-2)、μv(k-3)分别等于0.4、0.3、0.2、0.1，或者是分别等于0.55、0.27、0.13、0.05，等等。
[0132]
步骤5中，各机车速度相关量包括机车车速v，蠕滑度变化率x1，蠕滑度x2，机车轮对速度变化率x3。当前机车速度vc(h)按照式
[0133][0134]
进行计算，计算周期和采样周期tv相同。v(h)、v(k)、w(h)、w(k)、u(k)、w
*
(k)、vc(h)的单位是m/s；tv、tu的单位是s。取机车车速v为当前机车速度vc(h)；机车车速v的单位是km/h，将单位m/s转换为km/h后，机车车速v的值等于vc(h)值的3.6倍。
[0135]
uv(k)反映的是机车轮对速度与机车车速之间的比值，故蠕滑度x2可以按照式
[0136][0137]
进行计算，计算周期和采样周期tu相同。或者是，按照式
[0138][0139]
计算当前蠕滑度x2(h)，计算周期和采样周期tv相同，取蠕滑度x2等于当前蠕滑度x2(h)。
[0140]
蠕滑度变化率x1按照式
[0141][0142]
进行计算，计算周期和采样周期tu相同。uv(k-1)为前一次按照机车速度调整方法迭代计算所得到的轮/车速度比系数。或者是，按照式
[0143][0144]
计算当前蠕滑度变化率x1，计算周期和采样周期tv相同。x2(h-1)为前一次以采样周期tv计算取蠕滑度时得到的当前蠕滑度。
[0145]
机车轮对速度变化率x3按照式
[0146][0147]
进行计算，计算周期和采样周期tv相同。v(h-1)为v(h)之前的一次采样值。
[0148]
采用式(14)、式(16)计算得到蠕滑度x2、蠕滑度变化率x1，为保证计算空转风险值e时能够得到快速响应，建议选择式(5)来计算空转风险值e；采用式(15)、式(17)计算得到蠕滑度x2、蠕滑度变化率x1时，可以根据需要选择式(4)或者是式(5)来计算空转风险值e。
[0149]
图9为机车速度量测量调节装置实施例计算延滞间隔周期数方法的流程图，其计算的周期与车载卫星定位系统速度采集单元的采集周期相同，可以在机车速度调整方法迭代计算之前或者是之后进行计算，具体方法是：
[0150]
步骤
①
，获取当前时刻，即k时刻(即ktu采样时刻)的机车加速度变化率β(k)；
[0151]
步骤
②
，判断是否满足计算延滞间隔周期数的条件，满足式
[0152][0153]
的关系且最近连续的m1次判断车载卫星定位系统速度均为有效时转到步骤
③
，否则退出；m1大于等于10。加速度变化阈值ε根据机车(列车)的加速能力，可以结合实验进行选择。ε的数值可以在至的数值范围内选择，为机车(列车)启动平均加速度。实施例中，tu为1s，m1等于20，机车的0-200m平均加速度通常可以达到0.4m/s2，则此时ε的数值可以在0.4至2.4的范围内选择，例如，可以取ε为0.8。式(22)中，i等于0时的β(k-i)，为当前时刻的机车加速度变化率β(k)；i等于1时的β(k-i)，为前面一次计算延滞间隔周期数(即迭代计算轮/车速度比系数)时获取的机车加速度变化率；以此类推，i等于1至m
1-1时的β(k-i)，分别为前m
1-1次计算延滞间隔周期数时获取的机车加速度变化率。最近连续的m1次判断车载卫星定位系统速度均为有效，指的是按照图6机车速度调整方法迭代计算
中，最近连续的m1次迭代计算，步骤3均判断为车载卫星定位系统速度有效。
[0154]
步骤
③
，获取延滞间隔周期数τ，方法是，设待优化的参数为延滞间隔周期数为τ
*
和雷达速度比例系数p
w*
；τ
*
的取值在使延滞间隔时间不大于2s的范围内选择，即大于0，小于2/tv的整数；实施例中，tv等于32ms，即0.032s；2/tv等于62.5，故τ
*
的取值范围是大于0，小于等于62。p
w*
的取值范围是大于等于0.8且小于等于1.2，待优化的参数p
w*
只用在该优化过程中。延滞间隔周期数为τ
*
时，与u(k-i)相对应的同步采集时间点采集的机车车轮旋转速度为v
*
(k-i)，与u(k-i)相对应的同步采集时间点采集的机车雷达速度为w
*
(k-i)，最小值优化目标函数是
[0155][0156]
优化可以采用遗传算法，粒子群算法，等等各种优化算法，取满足最优值(最小值)q的延滞间隔周期数τ
*
为延滞间隔周期数τ。
[0157]
步骤
①
中，获取ktu采样时刻机车加速度变化率β(k)的方法是，按照式
[0158][0159]
进行计算，其中，α(k)为当前采集的机车加速度，α(k-1)为上一次采集的机车加速度。实施例中，当前采集的机车加速度α(k)按照式
[0160][0161]
进行计算，其中，u(k)为当前采集的车载卫星定位系统速度，u(k-1)为上一次采集的车载卫星定位系统速度。机车加速度α(k)也可以采用加速度计进行测量采集。α(k)的单位是m/s2；β(k)的单位是m/s3。
[0162]
图10为车载卫星定位系统速度采集延滞、机车加速度、机车加速度变化率示意图，其中，v(t)为将v(h)连续化后的机车车轮旋转速度，w(t)为将w(h)连续化后的机车雷达速度，u(t)为将u(k)连续化后的卫星定位系统速度；t
τ
为车载卫星定位系统速度采集时刻滞后于机车车轮旋转速度采集时刻的滞后时间；点k-7至k为车载卫星定位系统速度的各采样时刻(k-7)tu至ktu；α(k)、β(k)分别为机车加速度、机车加速度变化率。
[0163]
图11为车载卫星定位系统速度的机车车轮旋转速度与机车雷达速度同步采集时间点示意图，其中，u(k)所在的采样时刻(即ktu)为机车速度量测量调节装置实现机车速度调整方法进行迭代计算的当前时刻，v(h-τ)、v(h-τ+1)、......、v(h-3)、v(h-2)、v(h-1)、v(h)等所在的采样时刻为机车车轮旋转速度的各采样时刻，例如，v(h)所在的时刻为其采样时刻htv。因受电离层延迟等影响，针对同一时刻机车速度(含车载卫星定位系统速度和机车雷达速度)、机车车轮旋转速度的采集，车载卫星定位系统速度获得时刻滞后于机车车轮旋转速度及机车雷达速度的获得时刻，时间滞后值为tτ；延滞间隔周期数τ为相对于机车车轮旋转速度采集周期tv的周期数，即延滞间隔周期数τ是将车载卫星定位系统速度获得时刻滞后于机车车轮旋转速度和机车雷达速度的获得对刻的时间滞后值转换成为的采集周期tv倍数值。图11中，v(h-τ)所在的采样时刻(h-τ)tv为定义的车载卫星定位系统速度u(k)同步采集时间点，该点采集的机车车轮旋转速度v(h-τ)为v(k)；具体来说，车载卫星定位系统速度u(k)采样时刻之前的第τ个机车车轮旋转速度采集时刻(亦是机车雷达速度采集时
刻)为车载卫星定位系统速度u(k)同步采集时间点。机车雷达速度的采集与机车车轮旋转速度的采集周期与时刻均相同，且两者之间的相互延迟可以忽略不计，因此，机车雷达速度w(h-τ)、w(h-τ+1)、......、w(h-3)、w(h-2)、w(h-1)、w(h)的采样时刻分别与机车车轮旋转速度v(h-τ)、v(h-τ+1)、......、v(h-3)、v(h-2)、v(h-1)、v(h)的采样时刻相同，v(h-τ)所在的采样时刻(h-τ)tv同样为w(h-τ)的采样时刻，亦同样为车载卫星定位系统速度u(k)的同步采集时间点，该点采集的机车雷达速度w(h-τ)为w(k)。
[0164]
同样地，以图11为例，在进行延滞间隔周期数τ的优化计算时，若τ
*
等于1，则v(h-1)所在的采样点为其相对应的同步采集时间点，其v
*
(k)等于v(h-1)，w
*
(k)等于w(h-1)；若τ
*
等于2，则v(h-2)所在的采样点为其相对应的同步采集时间点，其v
*
(k)等于v(h-2)，w
*
(k)等于w(h-2)；依此类推。要注意的是，例如τ
*
等于1，v
*
(k)等于v(h-1)，而v
*
(k-1)并不是v(h-2)；实施例中，车载卫星定位系统速度采样一次，机车车轮旋转速度平均采样31.25次，因此，若τ
*
等于1，v
*
(k)等于v(h-1)，则v
*
(k-1)可能是v(h-32)，或者是v(h-33)。
[0165]
由于蠕滑，特别是轮对空转的存在，机车轮对速度与实际的机车车速之间并不一致，且在判断是否发生轮对空转，计算蠕滑率、蠕滑度等数据的时候，需要分别单独测量机车轮对速度与机车车速，不能使用机车轮对速度来代替机车车速。机车车速常用雷达测速、卫星定位测速方法。卫星定位测速是通过卫星定位实时跟踪机车的运行速度与位置等信息，再通过卫星传输给机车控制端进行处理，最终得到机车车速；卫星定位测速可以克服机车轮对空转、打滑所造成的误差，但卫星定位能力受天气与地形影响大，不能100％时段实现速度测量；存在数据传输延迟且因距离、电离层情况的变化使传输延迟时间不固定，影响速度测量的实时性。雷达测速装置一般安装在机车车底，雷达天线以与地面成一定夹角的方向发射雷达波，当机车与地面有相对运动时，接收到的雷达波会产生频移，依据对雷达波长、频移量、夹角雷达安装高度等数据进行解算，即可得到机车车速；但夹角雷达安装高度等数据可能产生时移波动，且机车路面情况并不一致，雷达安装高度也可能随路面情况发生变化，从而给雷达测速的精度带来影响。前述实现机车速度调整方法的机车速度量测量调节装置中，在卫星定位测速有效时，由卫星定位测速数据整定推算轮/车速度比调整模型参数、机车雷达速度调整模型参数；在卫星定位测速无效时，由之前被整定得到的机车雷达速度调整模型参数依据给定表达式，或者是采用一阶拟合直线的方法推算新的机车雷达速度调整模型参数，由调整后的雷达速度调整模型参数去整定推算轮/车速度比调整模型参数，然后依据轮/车速度比调整模型推算得到机车车速、蠕滑度变化率、蠕滑度和机车轮对速度变化率等各机车速度相关量。该方法结合了卫星定位测速精度高，雷达测速实时性好且能够长时段正常工作的优点，提高了测量各机车速度相关量的准确性与可靠性。机车速度调整方法还采用判断机车是否处于变速运动状态，若处于变速运动状态，则采集机车机车变速运动后的雷达测速、卫星定位测速、机车轮对测速得到的信息进行卫星定位数据传输时间，即延滞间隔周期数的优化计算，以得到准确的实时卫星定位数据传输延迟时间(即延滞间隔周期数)，进一步保证了前述机车速度调整方法推算相关速度数据的准确性与可靠性。

技术特征：
1.一种电力机车粘着控制系统，其特征在于，包括粘着系数专家控制模型、牵引力限定自整定模块和空转牵引力控制模块；粘着系数专家控制模型的输入为环境温度、天气状态和轨道着物状态，输出为粘着系数整定值；牵引力限定自整定模块依据粘着系数整定值整定粘着系数经验计算模型，并对输入的机车牵引力进行上限限幅控制后输出；空转牵引力控制模块依据蠕滑度变化率、蠕滑度和机车轮对速度变化率判断机车轮对是否发生空转，并依据空转判断结果决定是否对进行上限限幅控制后的机车牵引力进行空转牵引力控制；所述依据粘着系数整定值整定粘着系数经验计算模型是其中，v是机车车速，μ
j
是模型输出的计算粘着系数，a1、a2、a3、a4、a5为计算粘着系数的经验公式参数；ξ是粘着系数专家控制模型输出的粘着系数整定值；对输入的机车牵引力进行上限限幅控制是其中，p
μ
为计算粘着重量，μ
j
·
p
μ
是最大牵引力限定值，f1、f2分别是牵引力限定自整定模块的输入牵引力、输出牵引力。2.如权利要求1所述的电力机车粘着控制系统，其特征在于，所述粘着系数专家控制模型对实时输入的环境温度、天气状态和轨道着物状态进行直接推理计算得到粘着系数整定值ξ，方法是：第一步，推理得到初始粘着系数整定值ξ0；天气状态是下雪或小雨，且轨道着物状态是积雪时，令ξ0等于b0；天气状态是中雨或大雨，且轨道着物状态是积雪时，令ξ0等于b1；天气状态是无雨雪，且轨道着物状态是积雪时，令ξ0等于b2；天气状态是下雪或小雨，且轨道着物状态是落叶时，令ξ0等于b3；天气状态是下雪或小雨，且轨道着物状态是粉尘时，令ξ0等于b4；天气状态是中雨或大雨，且轨道着物状态是落叶时，令ξ0等于b5；天气状态是无雨雪，且轨道着物状态是落叶时，令ξ0等于b6；天气状态是中雨或大雨，且轨道着物状态是粉尘时，令ξ0等于b7；天气状态是下雪或小雨，且轨道着物状态是洁净时，令ξ0等于b8；天气状态是无雨雪，且轨道着物状态是粉尘时，令ξ0等于b9；天气状态是中雨或大雨，且轨道着物状态是洁净时，令ξ0等于b
10
；天气状态是无雨雪，且轨道着物状态是洁净时，令ξ0等于1；要求满足b0＜b1＜b2＜b3＜b4≤b5＜b6＜b7≤b8≤b9＜b
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；第二步，依据式计算粘着系数整定值ξ；其中，c
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为环境温度，范围是-15℃至+50℃。3.如权利要求2所述的电力机车粘着控制系统，其特征在于，空转牵引力控制模块判断机车轮对是否发生空转的方法是，当空转风险值e大于等于1时，则机车轮对发生空转；空转风险值e按照式
进行计算，其中，x1为蠕滑度变化率，θ1为蠕滑度变化率阈值；x2为蠕滑度，θ2为蠕滑度阈值；x3为机车轮对速度变化率，θ3为轮对速度变化率阈值；γ1、γ2、γ3为非线性加权控制因子，且γ1≥10、γ2≥10、γ3≥10。4.如权利要求3所述的电力机车粘着控制系统，其特征在于，空转牵引力控制模块通过控制空转牵引力控制比θ来实现空转牵引力控制，空转牵引力控制比θ为空转牵引力控制模块输出的机车牵引力与输入的机车牵引力之间的比值，且有0≤θ≤1。5.如权利要求4所述的电力机车粘着控制系统，其特征在于，空转牵引力控制模块的空转牵引力控制过程是：过程i，空转牵引力减小过程，从空转风险值e大于等于1且持续增大开始，至空转风险值e从持续增大变为开始持续减小时结束；过程i中控制θ以斜率d1开始减小，过程i结束时的θ值为最低维持值；θ的最低维持值不小于0；过程ii，空转牵引力最低维持值维持过程，从过程i结束开始，至空转风险值e小于1时结束；过程ii中，空转风险值e持续减小，控制θ等于最低维持值；过程iii，空转牵引力恢复过程，从过程ii结束开始，至θ增大到等于1时结束；过程iii中，空转牵引力控制模块控制θ以斜率d2开始增大，直至θ等于1；斜率d1的下降速率大于斜率d2的上升速率。6.如权利要求5所述的电力机车粘着控制系统，其特征在于，在空转牵引力控制过程ii中，若空转风险值e从持续减小转变为持续增大，则返回过程i进行空转牵引力控制；在空转牵引力控制过程iii中，若空转风险值e再次增大到大于等于1，则返回过程i进行空转牵引力控制。7.如权利要求4-6中任何一项所述的电力机车粘着控制系统，其特征在于，还包括机车速度调整处理模块；机车速度调整处理模块周期性地采集机车车轮旋转速度、机车雷达速度和车载卫星定位系统速度，计算得到机车车速、蠕滑速度、蠕滑加速度。8.如权利要求7所述的电力机车粘着控制系统，其特征在于，还包括气候轨面监测模块；气候轨面监测模块包括环境温度测量单元、天气状态测量单元和轨面图像采集识别单元；环境温度测量单元测量并输出当前的环境温度，天气状态测量单元测量并输出当前的天气状态，轨面图像采集识别单元采集实时轨面图像进行识别处理，输出当前的轨道着物状态。

技术总结
一种电力机车粘着控制系统，粘着系数专家控制模型依据环境温度、天气状态和轨道着物状态，采用直接推理计算的方法得到粘着系数整定值对粘着系数进行适应性调整，使机车的最大牵引力限制能够随路段路况的变化实时改变，尽量在不发生轮对空转的情况下进行机车牵引。当不能避免轮对发生空转时，采用非线性数学模型计算空转风险值，将传统轮对空转的多个单项阈值判断条件与单项阈值条件均不满足的情况下的加权判断条件综合为一个整体，实现多因素的综合判断，使空转判断和空转牵引力控制更为全面准确。准确。准确。


技术研发人员：严钦云 陈刚 凌云 孔玲爽 聂辉 汤彩珍
受保护的技术使用者：湖南工业大学
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/6/12