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专利号: 2020109186069
申请人: 湖南工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种列车转向架抗蛇行运动装置,其特征在于,包括:

电流传感器(7),采集牵引电机(6)的输入电流信号;

转速传感器(8),采集牵引电机(6)的当前转速信号;

蛇行运动数据处理模块(101),根据所述牵引电机(6)的输入电流及当前转速信号计算转向架(10)的蛇行运动频率和幅值,并生成牵引电机(6)谐波电流的频率与幅值信息;

控制单元(102),根据所述牵引电机(6)谐波电流的频率与幅值信息控制牵引变流器(20),使所述牵引变流器(20)向牵引电机(6)输出相应频率与幅值的谐波电流并叠加正常工作电流,该谐波电流产生与蛇行运动同频率反相位的机械振动,从而抑制所述转向架(10)的蛇行运动。

2.根据权利要求1所述的列车转向架抗蛇行运动装置,其特征在于,所述蛇行运动数据处理模块(101)包括:力矩计算模块(110),根据所述转速传感器(8)采集的当前转速信号计算牵引电机(6)的当前转矩信号;

扰动分离模块(120),接收所述电流传感器(7)采集的输入电流信号及所述力矩计算模块(110)输出的当前转矩信号,并从中提取出由所述转向架(10)蛇行运动引起的低频谐波电流和低频扰动力矩;

数据分析模块(130),根据所述扰动分离模块(120)输出的低频谐波电流和低频扰动力矩计算当前转向架(10)的蛇行运动频率和幅值;

谐波注入参数计算模块(140),根据所述数据分析模块(130)输出的蛇行运动频率和幅值计算牵引电机(6)谐波电流的频率与幅值。

3.根据权利要求2所述的列车转向架抗蛇行运动装置,其特征在于,所述扰动分离模块(120)包括电流信号分离子模块(121),所述电流信号分离子模块(121)根据以下传递函数对所述电流传感器(7)采集的电流信号进行高频滤波,并提取出由所述转向架(10)蛇行运动引起的低频谐波电流:y(t)=k1*x(t)+k1*x(t‑1)+k1*x(t‑2)+k1*x(t‑3)

式中,y(t)为电流信号分离子模块(121)在t时刻输出的电流有效信号,x(t)为电流信号分离子模块(121)在t时刻的电流离散采样信号,x(t‑1)为t‑1时刻的电流离散采样信号,x(t‑2)为t‑2时刻的电流离散采样信号,x(t‑3)为t‑3时刻的电流离散采样信号,k1为电流信号分离子模块(121)中各个比例环节的比例系数。

4.根据权利要求2所述的列车转向架抗蛇行运动装置,其特征在于,所述扰动分离模块(120)还包括力矩扰动信号分离子模块(122),所述力矩扰动信号分离子模块(122)根据以下传递函数对所述力矩计算模块(110)输出的转矩信号进行高频滤波,并提取出由所述转向架(10)蛇行运动引起的低频扰动力矩:y′(t)=k2*x′(t)+k2*x′(t‑1)+k2*x′(t‑2)+k2*x′(t‑3)式中,y′(t)为力矩扰动信号分离子模块(122)在t时刻输出的力矩有效信号,x′(t)为力矩扰动信号分离子模块(122)在t时刻的力矩离散采样信号,x′(t‑1)为t‑1时刻的力矩离散采样信号,x′(t‑2)为t‑2时刻的力矩离散采样信号,x′(t‑3)为t‑3时刻的力矩离散采样信号,k2为力矩扰动信号分离子模块(122)中各个比例环节的比例系数。

5.根据权利要求2、3或4所述的列车转向架抗蛇行运动装置,其特征在于,所述数据分析模块(130)包括蛇行频率计算子模块(131),所述蛇行频率计算子模块(131)接收所述扰动分离模块(120)输出的低频谐波电流和低频扰动力矩,并根据以下公式计算当前转向架v(10)的蛇行运动频率f:

f

式中,I为测得牵引电机(6)产生蛇行运动振动频率的电流有效值,f1为牵引电机(6)的输入电流基波频率,I1为牵引电机(6)的输入电流基波有效值,C(n,T,I)为扰动分离函数,n为牵引电机(6)输入电流的谐波次数,T为力矩计算模块(110)输出的牵引电机(6)转矩信号,I为牵引电机(6)的输入电流有效值, 为牵引变流器(20)开关频率处的谐波电流值,ln()为自然对数,a为牵引电机力矩扰动分离权重系数,b为牵引电机输入电流扰动分离权重系数。

6.根据权利要求5所述的列车转向架抗蛇行运动装置,其特征在于,所述数据分析模块(130)还包括蛇行幅值计算子模块(132),所述蛇行幅值计算子模块(132)接收所述扰动分离模块(120)输出的低频谐波电流和低频扰动力矩,并根据以下公式计算当前转向架(10)v的蛇行运动幅值A(f):

v v v2 v

式中,A(f)为振动频率f处的振动幅值,f 为f的平方,mk为转换系数。

7.根据权利要求6所述的列车转向架抗蛇行运动装置,其特征在于,所述转换系数mk根据以下公式计算:式中,k为离线测试中的任意测试频率,I1′为离线测试中牵引电机(6)的输入电流基波v v v有效值,f '为离线测试中加入的转向架蛇行运动频率,A′(f ')为离线测试中频率f '处测得的转向架蛇行运动幅值。

8.根据权利要求7所述的列车转向架抗蛇行运动装置,其特征在于:所述牵引电机(6)输入电流的谐波次数n≤20,牵引电机力矩扰动分离权重系数a取0.01~1,牵引电机输入电流扰动分离权重系数b取0.01~1,离线测试中的任意测试频率k取0~10Hz。

9.一种列车转向架抗蛇行运动系统,其特征在于,包括:如权利要求1至8中任一项所述的抗蛇行运动装置(100),牵引变流器(20),及安装在转向架(10)上的牵引电机(6);当列车运行并发生转向架蛇行运动时,轮对(1)的低频周期振动通过悬挂机构(30)传递至牵引电机(6)的转轴上;所述抗蛇行运动装置(100)采集牵引电机(6)的输入电流及当前转速信号,计算转向架(10)的蛇行运动频率和幅值,并生成牵引电机(6)谐波电流的频率与幅值信息,以控制所述牵引变流器(20)向牵引电机(6)输出相应频率与幅值的谐波电流并叠加正常工作电流,该谐波电流产生与蛇行运动同频率反相位的机械振动,从而抑制所述转向架(10)的蛇行运动。

10.根据权利要求9所述的列车转向架抗蛇行运动系统,其特征在于:归属于同一转向架(10)的两组轮对(1)各配置有一台牵引电机(6),所述牵引电机(6)通过电机悬挂机构(5)安装在转向架(10)上;两台牵引电机(6)或其中任意一台牵引电机(6)连接有抗蛇行运动装置(100)。