Введение к работе
Актуальность темы.
На железнодорожном транспорте на современном подвижном составе асинхронный тяговый привод (АТП) получил наибольшее распространение. Применение современных изоляционных, проводниковых и ферромагнитных материалов позволило создать посредством автоматизированного проектирования асинхронные тяговые двигатели (АТД) с высокими технико-экономическими показателями, отвечающими современным требованиям железнодорожного транспорта.
Применение АТД на электрическом подвижном составе (ЭПС), позволяет максимально использовать сцепной вес поезда и реализовать требуемые значения силы тяги. Использование микропроцессорных средств контроля и управления АТД дает возможность разрабатывать новые высокоэффективные алгоритмы управления.
Дальнейшее повышение эффективности использования АТД на ЭПС в значительной степени лежит в плоскости совершенствования их алгоритмов управления. Эта задача достаточно сложная, поскольку требуется объединить в одном техническом решении лучшее, что создано из аппаратной части системы управления с новейшими достижениями теории оптимального управления и учета при этом большого числа внутренних взаимосвязей и внешних факторов. К внутренним взаимосвязям относятся: электромагнитный, электромеханический, механический и тепловой переходные процессы в АТД. К внешним факторам следует отнести физические процессы сцепления колес с рельсами, сопротивление движению от встречного воздушного потока и др. Эти факторы, в свою очередь, являются функциями многих переменных и не имеют определенных и однозначных аналитических зависимостей с тем, чтобы свести эту задачу к типовой при решении методами оптимизации.
В данной работе приведено решение задачи оптимального управления движением ЭПС по критерию минимума температуры нагрева АТД, особенностью которой является учет типа используемой электрической машины и реальных внешних условий движения на формирование оптимальной траектории, таких как: направление и скорость ветра; температуры окружающей среды; уклона траектории движения; типа подвижного состава и др.
Целью диссертационного исследования является повышение эффективности работы подвижного состава с асинхронными тяговыми электроприводами в переходных режимах путем совершенствования алгоритмов их управления, разработанных с применением численных методов оптимизации.
Для достижения указанной цели в работе поставлены следующие задачи:
дать обоснование применению оптимальных алгоритмов управления АТД ЭПС железных дорог;
разработать математическую модель электромеханических и тепловых переходных процессов АТД;
определить и проанализировать энергетические показатели при управлении АТД от преобразователя частоты;
разработать алгоритм оптимального управления АТП с учетом изменяющегося во времени момента сопротивления движению ЭПС;
провести исследования оптимальных режимов работы при пуске и торможении ЭПС;
создать систему регулирования, обеспечивающую заданные параметры управления.
Методы исследования.
Использованы методы теории электрических цепей, теории поля, метод математического моделирования, метод Рунге-Кутта для решения систем дифференциальных уравнений, принцип максимума академика Л.С. Понтрягина в сочетании с методом Ньютона-Рафсона.
Научная новизна
-
Разработана математическая модель электромеханических и тепловых переходных процессов АТД с учетом особенностей реального пути следования подвижного состава.
-
Разработан алгоритм оптимального управления пуском и электрическим торможением АТД с учетом изменяющегося во времени момента сопротивления движению подвижного состава.
-
Предложена замкнутая система автоматического регулирования, обеспечивающая заданные параметры оптимального управления движением подвижного состава.
Практическая ценность работы заключается в повышении эффективности работы локомотивов с асинхронным тяговым приводом, а именно: достигается экономия электроэнергии; облегчается тепловой режим работы асинхронных тяговых двигателей и, как следствие, повышается их надежность.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт 2006»; на Второй республиканской научно-технической конференции «Шелковый путь» (2001г); на Четвертом международном конгрессе по мехатронике (Турция-Анкара, 1999 г.); на ежегодных научных конференциях преподавателей и аспирантов АзТУ (1998-2002 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 101 наименования и приложений. Общий объем 109 стр., иллюстраций 21.
