【正文】 阻） 將 (4)ft入則 U = pnx cokq 162。1601 aRd (5) kx = AA^pcokq^/60 代入 (5測有 U = k39。n39。_I0Rd (6) 式中 ： t/電機(jī)輸出電壓 /190。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速 /a電樞電流 (牽引電流 ） 對(duì)于串 勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) ， 其轉(zhuǎn)速公式為 r = [UIs(RJVCJ (7) 式中： 電樞回路總電阻，包括電機(jī)固有電阻，勵(lì)磁電阻 多 磁通，在調(diào)速范圍內(nèi)認(rèn)為其為恒定： C, /W/600為電機(jī)結(jié)構(gòu)固有系數(shù)： 30 的關(guān)系為 (9) K 眾 3 — Rds 丨 C中 代入 (7)則給出 n ~ k2U kll1 C 式中； f/電機(jī)輸入電壓 171。電機(jī)轉(zhuǎn)速 八 牽引電流 由電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)特性及牽引方式可知 則 [kxn,U]IRs=[k2Unykz 整 理 后 得 出 牽 引 轉(zhuǎn) 數(shù)《 與 柴 油 機(jī) 轉(zhuǎn)速 n ~ (k2Rd +ki)U/Rd k39。k3n、 IRd 令 k39。 = (k2Rd+k,)/Rd k = (k,k,)IRd 則有 n = k39。Uk\ 代入柴油機(jī)公式 7139。 ： = k ? Gf 則轉(zhuǎn)速與供油量的關(guān)系為 ： n = kVm3f 由式中可知當(dāng)供油量 (^上升時(shí)，電機(jī)電壓也上升，使得電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)D 上升，使機(jī)車的運(yùn)行加速力增加，當(dāng)機(jī)車運(yùn)行加速力大 于列車阻力總和時(shí)，列車就做加速運(yùn)行。反 之 當(dāng)下降時(shí)電機(jī)電壓也下降，電機(jī)轉(zhuǎn)速 。a也隨之下降，使得列車加速力下降 ， 以達(dá)到調(diào)速的目的。 31 由于在系統(tǒng)綜合中，忽略了大量的因素，使忽略總量在定量 計(jì)算中足以產(chǎn)生使系統(tǒng)偏 離預(yù)定設(shè)計(jì)的誤差量，所以使公式推導(dǎo) 的實(shí)用性和可靠性受到限制 ， 所以在 DDC系統(tǒng)中，我們引入了 P I D 調(diào) 節(jié) 方 式 ， 通 過 對(duì) 輸 入 微 機(jī) 的 量 ) 輸 出 量 士 在給出一個(gè)暫定的比例系數(shù)尺；積分常數(shù) 7； 與微分常數(shù) 7； (該三個(gè)系數(shù)在系統(tǒng)調(diào)節(jié)中根據(jù)超調(diào)量的變化可做適當(dāng)調(diào)整）后，應(yīng)用 微分方程。 Of(0 = K[n{t)^j[n{t)dt +Tddn(t)idt] 仰 對(duì)于微分方程 ， 釆用數(shù)值積分的方法 ， 則可用計(jì)算機(jī)來解題 ^ 當(dāng) 計(jì) 算 步 長 確 定 后 ， 微 分 方 程 可 離散 化 為 ： G, = k{n(n)+務(wù)實(shí) ”Q)+吾 [咖 )n{n 1)]} (13) 應(yīng)用該式所求值為一步式，即每次都在目的值，在實(shí)際中將 使超調(diào)量增加 ， 進(jìn)而延長系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定的時(shí)間。所以一般我們在 控制輸出時(shí)選用上式的增量值，即多步式，每次只滿足時(shí)間所 需要的目的量： AGf (171。) = G}(ri)Gy(n\) = k[n{n)n(n1))+71/Tt ?171。(171。) + Td jT[171。(171。)2n{nl) + n(n2 但用這種增量法，在給定信號(hào)發(fā)生階躍變化或機(jī)車啟動(dòng)時(shí)， 由于機(jī)車惰性使超調(diào)量仍很大。在此式中引入積分校正，即在上 式第二項(xiàng)系數(shù) 777； 中引入邏輯系數(shù) 39。 且令 當(dāng) 定 值 時(shí) K,=l 當(dāng)岣 ) 定值時(shí) K,=Q 32 即當(dāng)偏差較小時(shí)尤 ,不起作用，偏差較大時(shí)才加入積分作用 ， 使調(diào)速曲線的超調(diào)量降低，而又不延長過渡過程時(shí)間。 以上只是從理論上簡要介紹了機(jī)車遙控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)原理 ， 功 能實(shí)現(xiàn) ， 與微機(jī)DDC的 P I D控制方式，但由于機(jī)車遙控系統(tǒng) 的牽引涉及面廣，涉及到熱機(jī)、機(jī)電、電機(jī)、潤滑等各方面 ， 且 站場條件及負(fù)荷狀態(tài)也是變化的，所以從理論上講要找出一個(gè)精 確的模式是不可能的，但所用模式若忽略因素過多 ， 必然限制其 實(shí)用性和精確性，所以機(jī)車遙控裝置的調(diào)試是 一 個(gè)較長的周期 ， 在此周期內(nèi)，不但要對(duì)各控制系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，而且在特殊狀態(tài)下 還要用到一些特殊的操作方式，在鄭北編組場經(jīng)過近一年的調(diào)機(jī) 后，現(xiàn)在機(jī)車遙控系統(tǒng)的精度己基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求并滿足現(xiàn)場 調(diào)車需要，但要使機(jī)車遙控系統(tǒng)真正作到髙精度、高可靠。則還 需進(jìn)一步完善 ， 以及應(yīng)用各種傳感部件增加控制系統(tǒng)的感應(yīng)能力 和智能化自學(xué)習(xí)功能 ， 將忽略的因素逐步加進(jìn)去，在此基礎(chǔ)上再 進(jìn)行系數(shù)調(diào)整。 第三節(jié)軟件流程圖 推峰機(jī)車遙控系統(tǒng)軟件，主要完成信號(hào)的接收、鑒別、控車及 機(jī)車工作狀態(tài)的回送 ， 就其功能講，由五個(gè)模塊構(gòu)成，即：微機(jī) 初始化模塊；中斷 服務(wù)模塊：機(jī)車識(shí)別標(biāo)志模塊，又叫股道號(hào)接 收模塊；控制指令接收模塊： 中 斷服務(wù)模塊；機(jī)車調(diào)速模塊。 ：推峰機(jī)車遙控系統(tǒng)加電開機(jī)后，系統(tǒng)首先將 對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)整 ， 該步驟可分別實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能， SP: (1)由 司機(jī)置入現(xiàn)時(shí)鐘作為時(shí)間標(biāo)志用。 （ 2)置 、 39。0 用來記錄設(shè)備運(yùn)行 時(shí)間。時(shí)鐘調(diào)整后進(jìn)行系統(tǒng)自檢與系統(tǒng)初始化。系統(tǒng)將對(duì)主機(jī)、 接口進(jìn)行全面檢測，以保證開機(jī)完好，防止設(shè)各帶故障運(yùn)行。此 后系統(tǒng)將依據(jù)指令暫存區(qū)狀態(tài)決定進(jìn)入何種工作狀態(tài)，若指令暫 存區(qū)無數(shù)據(jù)，中斷計(jì)時(shí)器將每隔 4秒中斷一次，并對(duì)軌道電路 進(jìn) 行采樣；若指令暫存區(qū)有數(shù)據(jù)，中斷計(jì)時(shí)器將每隔 500mS 中斷一 次，進(jìn)入控車工作 ， 控車工作每拍節(jié)工作完畢后 ， 進(jìn)入守候狀態(tài) , 等待下一次 500mS 中斷；若守候 3 秒鐘仍未中斷 ， 則判為系統(tǒng)軟 件故障 ， 主機(jī)將重置系統(tǒng)狀態(tài) 。 33 2. 中斷服務(wù)模塊：見圖 6,因?yàn)橄到y(tǒng)采用中斷方式，不能直 接識(shí)別中斷對(duì)象，所以系統(tǒng)產(chǎn)生中斷后將首先判別中斷狀態(tài)，當(dāng) 機(jī)車未進(jìn)入推峰位置前系統(tǒng)每 4秒鐘中斷一次 ， 將速度釆樣并顯 示在顯示器上，同時(shí)對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)整后，轉(zhuǎn)入接收軌面股道號(hào)軟 件。當(dāng)機(jī)車進(jìn)入推峰位置，并己經(jīng)收到股 道號(hào)后 ， 系統(tǒng)軟件變 為 500mS中斷一次，工作方式釆用節(jié)拍式工作方式，工作節(jié)拍為 4 拍，工作周期為 2s， 工作時(shí)先將節(jié)拍計(jì)數(shù)器加 1 ,在機(jī)車極限 狀態(tài)處理中分別判別柴油機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)是否超限、是否為緊急停車、 機(jī)車過流、過載判別及極限狀態(tài)處理。 圖 6 中斷服務(wù)模塊流程圖 圖 5初始化模塊流程圖 34 圖 7 股道接收模塊流程圖 進(jìn)入節(jié)拍工作后，由節(jié)拍計(jì)數(shù)器的內(nèi)容分別引導(dǎo)程序轉(zhuǎn)向柴 油機(jī)轉(zhuǎn)速處理 ， 即控車輸出 （ 1拍 ）； 指令接收 （ 2拍 ）； 和速度 釆樣處理 （ 1拍）各自處理完畢后轉(zhuǎn)向守候狀態(tài)。 ：見圖 7，在股道接收模塊中，主機(jī) 將先對(duì)系統(tǒng)的指令存貯區(qū)，回執(zhí) 存貯區(qū)及計(jì)算過程暫存區(qū)進(jìn)行檢 測，以保證系統(tǒng)指令及數(shù)據(jù)的可靠性，使之不受硬件故障的擾。 確保控車安全。檢測完畢后，系統(tǒng)將根據(jù)股道接收與暫存狀態(tài)確 定程序轉(zhuǎn)向，若股道存貯區(qū)巳有標(biāo)準(zhǔn)股道號(hào)則程序?qū)⑥D(zhuǎn)向指令接 收軟件：若股道存貯區(qū)無股道號(hào)存貯 ， 系統(tǒng)將不斷從軌面采集股 道信號(hào)，直至股道存貯區(qū)有數(shù)據(jù)為止。 35 4. 控制指令接收與回執(zhí)釆集發(fā)送模塊 ： 見圖 8,在系統(tǒng)每次 中斷轉(zhuǎn)移到指令接收服務(wù)程序后，主機(jī)將與股道接收模塊同樣對(duì) 指令存貯醫(yī)進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測完畢后 ，則應(yīng)再次從軌道信號(hào)接口 進(jìn) 行股道輸入 ， 若所輸入的股道號(hào)內(nèi)容不為則 應(yīng)將此次輸 入與前次接收的內(nèi)容作一比較，以清除迂回操作階段所輸入的內(nèi) 容。比較結(jié)果若二次不一致，則認(rèn)為前次為迂回操作階段所接收 的信號(hào) ， 應(yīng)予取消，轉(zhuǎn)回股道接收模塊，重新輸入，若二次內(nèi)容 —致說明機(jī)車己通過信號(hào)發(fā)送器或脫軌器 ,可能己進(jìn)入工作區(qū)段 ， 主機(jī)將進(jìn)行接收與發(fā)送的準(zhǔn)備工作。主機(jī)先將機(jī)車工作狀態(tài)，采 樣并作回執(zhí)編碼，在編碼的過程中，檢測回執(zhí)采樣信號(hào)的正確性 ， 當(dāng)回執(zhí)不正確次數(shù)超過定數(shù) n時(shí)系統(tǒng)將報(bào)警。回執(zhí)內(nèi)容包括指令 回執(zhí)與車速回執(zhí)；指令回執(zhí)便于地面值班員了解機(jī)車工作情況 ； 車速回執(zhí)將反應(yīng)機(jī)車的工作結(jié)果。 在指令接收過程中，主機(jī)在機(jī)車進(jìn)入推峰位置第一次接收到 地面對(duì)該股道的控制指令信號(hào)前，將直接轉(zhuǎn)向?qū)邮战涌谶M(jìn)行初 始化：若以前接收到過指令信號(hào)，則判別從上次信號(hào)接收到現(xiàn)在 的間隔時(shí)間，間隔超過 3秒鐘，則認(rèn)為接收故障，主機(jī)將控制機(jī) 車執(zhí)行停車操作；當(dāng)間隔超過 3 分鐘時(shí) ， 則認(rèn)為機(jī)車己經(jīng)完成此 次推峰任務(wù)，將清理控制系統(tǒng)工作現(xiàn)場并轉(zhuǎn)向股道接收，準(zhǔn)備下 一次推送作業(yè)。 主機(jī)在對(duì)指令接收接口進(jìn)行初始化后，在指令輸入時(shí)將分別 進(jìn)行奇偶校驗(yàn)與碼組判別，并驗(yàn)證指令所針對(duì)的股道號(hào)，當(dāng)條件 均滿足時(shí)則認(rèn)為接收成功，信號(hào)可用，此時(shí)應(yīng)將前次機(jī)車工作狀 態(tài)回執(zhí)信號(hào)回送到地面，再進(jìn)行解碼處理，解碼后在送至控車機(jī) 構(gòu)的同時(shí)，對(duì)此次信號(hào)與前次信號(hào)進(jìn)行比較，若接收指令改變， 則需送保護(hù)區(qū)進(jìn)行暫存， 雜收瑰 gj~ j發(fā)誶車報(bào)令 j~ 校 Ife 勝道號(hào) | 圖 8 通道收發(fā)模塊流程圖 36 圖 9 差值法速度處理模塊流程圖 ：見圖 9，在執(zhí)行該模塊前，應(yīng)先判別機(jī)車 處于人控狀態(tài)還是處于遙控狀態(tài)，若機(jī)車處于人控狀態(tài) ， 主機(jī)只 作時(shí)鐘處理與速度處理，不千予控制T若機(jī)車處于遙控狀態(tài)，系 統(tǒng)將先對(duì)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行清 0 〃后，再判別指令內(nèi)容， 并依據(jù)指令 內(nèi)容進(jìn)行控車與顯示后返回。對(duì)于定速控制，則將給定速度值置 入速度寄存比較器，再進(jìn)行機(jī)車控制。對(duì)于調(diào)速環(huán)節(jié)，圖 9所示 為加速差值法；圖 10 所示為 P I D控制法。 37 ：車載 LCD 顯示器，主機(jī)，零層箱 ， 車載感應(yīng)器 , 車載天線，制動(dòng)機(jī) ， 車速傳感器： B. 各個(gè)部分設(shè)備的所應(yīng)具備的功能： 舉綠 LCPf 示器：智能化并自帶漢字庫 ， 內(nèi)置編程接口和驅(qū) 動(dòng) ,采用 RS232 接口，與主機(jī)通訊；要求能適應(yīng) ? 55 r： 工作溫度、亮度可調(diào)、采用 12V供電（由主機(jī)供電 )， 功耗 應(yīng)盡量小，自身不發(fā)熱；遙控 啟動(dòng)按鈕（自復(fù)式）集成到顯 示器箱上，并留出單獨(dú)的接口 （ 3線，航空插頭 )： 車載通信、測試、控制的核心： _倩方頭： 4 個(gè) RS232 串口完成 ： “ 顯示控制 39。 “ 電臺(tái)通信 ” ， “ 應(yīng)答器的接口 ” ， “主 機(jī)狀態(tài) /參數(shù)的接口”； 1 個(gè) 485或 CAN完成與列控系統(tǒng)的接 口； 5路脈沖記數(shù)（光電隔離、前項(xiàng)調(diào)理電路 ） 完 成 “ 車速 ” 和 “ 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速 ” 的測量； 24路 [需要進(jìn)一步商定 ] 開入 (光電隔離 )完成 “ 遙控開始按鈕 （ 1路 )” ， “制動(dòng)機(jī)狀 態(tài) (4路 “ 機(jī)車換向手柄 (4路） ” ，“ 速控手柄 （ 5路 )” ： 24 路 [需要進(jìn)一步商定 ]開出（光電 隔離，動(dòng)態(tài) )， 38 第五章系統(tǒng)架構(gòu) 第一節(jié) 車載部 分 最初車載設(shè)備構(gòu)架圖 考慮到系統(tǒng) 架構(gòu)的合理性， 原圖進(jìn)行如下的修改：主機(jī)為 車載通信、測試、控制的核心，主機(jī)開出的信號(hào)隔離、驅(qū)動(dòng)，開入的隔離是由零層箱來實(shí)現(xiàn)的。由零層箱內(nèi)部繼電器電路的聯(lián)鎖 關(guān)系來控制速控手柄，換向手柄及制動(dòng)機(jī)。主機(jī)與零層箱之間形 成閉環(huán)，互通信息。顯示器顯示的內(nèi)容包括有地面送出的控制命 令內(nèi)容，機(jī)車是否使用遙控及在遙控工作狀態(tài)下的機(jī)車工作有關(guān) 顯示。在系統(tǒng)工作不正常時(shí)，它還具有音響報(bào)警及燈光報(bào)警，提 醒司機(jī)釆取應(yīng)急措施。 最初車載 設(shè) 39 圖 10 PID 速度處理模塊流程圖 對(duì)于加速差值法，機(jī)車對(duì)速度采樣后，計(jì)算速度差與加速 度并根據(jù)速度差與加速度的關(guān)系決定機(jī)車控制方式。 當(dāng)給定速度大于機(jī)車速度時(shí)，若加速度大于某一定值 C,則 機(jī)車為保位操作，當(dāng)加速度小于等于 C 時(shí)機(jī)車為升位操作。 當(dāng)給定速度小于機(jī)車速度且加速度小于定值 C 時(shí)機(jī)車做保 位操作，當(dāng)加速度大于或等于 C 時(shí)，機(jī)車降位運(yùn)行：當(dāng)給定速度 等于機(jī)車速度時(shí)加速度大于 0 作降位運(yùn)行，加速度小于 0 作升位 運(yùn)行，加速度等于 Q 位作保位運(yùn)行。 對(duì)于機(jī)車的兩種調(diào)速方式，就其直觀性而言，加速度差值法 較好，但就 其調(diào)速精度與先進(jìn)性而言 P I D 法較好，但由于 P I D 方式公式不易推出，且忽略因素不同對(duì)控制將產(chǎn)生不同影響， 所以還需進(jìn)一步探討。 在推峰機(jī)車遙控系統(tǒng)中應(yīng)用微機(jī)，還屬于初始階段，對(duì)于在該系統(tǒng)中應(yīng)用控制理論以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制的研究還有待于深入，本文只 作 了一些膚淺的論述。 完成 “ 系統(tǒng)電源總控 1 路 ” ， “ 遙控開始按鈕 162。1 路 ”，“制 動(dòng)機(jī)控制 4 路 ” ， “ 機(jī)車換向手柄 4 路 ” ， “ 速控手柄 5 路 零層箱 ：主機(jī)開出的信號(hào)隔離、驅(qū)動(dòng)，開入的隔離，基本上 由繼電器構(gòu)成；根據(jù)應(yīng)用的要求，設(shè)計(jì)內(nèi)部聯(lián)鎖電路，主要 : 前進(jìn)、后 退聯(lián)鎖；制動(dòng)與速控的聯(lián)鎖： 車載感應(yīng)器 ： 安裝在機(jī)車底部，與車載主機(jī)用電纜連接，發(fā) 出能量來觸發(fā)點(diǎn)式應(yīng)答器，接收點(diǎn)式應(yīng)答器發(fā)送的位置信息 , 采用現(xiàn)機(jī)車信號(hào)所用產(chǎn)品； 40 車載天線 ： 安裝在機(jī)車頂部，用于發(fā)射，接收無線電信號(hào)， 采用現(xiàn)機(jī)車信號(hào)所用產(chǎn)品； 制動(dòng)機(jī) ： 東風(fēng)一 7 型內(nèi)燃機(jī)車是氣動(dòng)制動(dòng)，如要對(duì)其進(jìn)行控制 需另加一控制模塊