一种气囊型受电弓弓网接触力补偿控制方法及装置与流程

技术特征：
1.一种气囊型受电弓弓网接触力补偿控制装置，包括微控制单元mcu，其特征在于，所述微控制单元包括stm32系列的单片机和阀板控制器；所述单片机包括主程序模块、串口通讯程序模块、预瞄程序模块和控制压力处理程序模块；主程序模块用于协调各模块的运行，从外界获取当前列车速度和隧道阻塞比，并输出给预瞄程序模块；预瞄程序模块根据当前列车速度和隧道阻塞比计算弓网接触补偿力，并将计算出的弓网接触补偿力反馈给主程序模块；主程序模块将从预瞄程序模块获取的弓网接触补偿力发送给控制压力处理程序模块；控制压力处理程序模块根据获取的弓网接触补偿力，计算所需的气囊补偿压力，将计算的气囊补偿压力与弓网目标压力相加获得当前气囊压力，将当前气囊压力返回给主程序模块；主程序模块将从控制压力处理程序模块获取的当前气囊压力转换为比例阀开度的控制信号，并输出给比例阀，进而控制气囊气压，实现对受电弓弓网接触力的自动补偿控制；串口通讯程序模块用于实现单片机与上位机之间的通信；所述预瞄程序模块中计算弓网接触补偿力f的公式，通过计算流体动力学仿真获得：f＝
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6.724v 9804zs 0.01986v2 51.01v
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zs
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44630zs2其中，v代表当前列车速度，zs代表隧道阻塞比；所述阀板控制器根据主程序模块发出的控制信号，控制比例阀的开度，以及控制开关阀的开关；所述开关阀用于控制受电弓气路的通断。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：列车信息综合检测模块，远程控制信息模块，上位机监控调试模块，压差传感器，压力传感器，比例阀和开关阀；其中，列车信息综合检测模块将实时检测的列车速度通过远程控制信息模块传输给mcu；上位机监控调试模块通过mcu获取开关阀的压力值，当检测到开关阀的压力值超过设定阈值时，代表对弓网接触力自动补偿控制出现较大误差，下发重新计算气囊补偿压力的控制命令给mcu，并根据前后两次计算的气囊补偿压力的误差判断是否是气囊补偿压力计算错误，若是，mcu根据新计算的气囊补偿压力下发控制信号给比例阀；若不是，调整当前需要的气囊压力为气囊能承受的阈值，mcu根据该值下发控制信号给比例阀；压差传感器用于检测列车车体表面的风压，并将风压进行模数a/d转换后传输到mcu；压力传感器用于检测气囊气压，并将气囊气压通过a/d转换后传输给mcu；mcu所获取的比例阀开度的控制信号通过数模d/a转换后传输给比例阀。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的上位机监控调试模块，还根据测量的开关阀压力，下发开关阀的通断的控制指令给mcu，由阀板控制器控制开关阀的开关。4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述单片机还包括定时模块、数模d/a转换器、模数a/d转换器、数模转换程序模块、以及模数转换程序模块；所述数模转换程序模块存储d/a转换器的驱动程序，发送控制命令给d/a转换器；所述模数转换程序模块存储a/d转换器的驱动程序，将转换后的数字信号传输给主程序模块。5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述的预瞄程序模块，还存储有根据计算流体动力学仿真获得的在不同车速、不同隧道阻塞比下的车体表面的风压信息，当微控制单元在无法获取隧道阻塞比和/或列车速度时，通过压差传感器测量列车车体表面的风压，并与预瞄程序模块中存储的不同车速、不同隧道阻塞比下的车体表面的风压信息进行比对，找出最接近的工况作为当前工况，进而根据该工况获取弓网接触补偿力。
6.一种气囊型受电弓弓网接触力补偿控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：通过计算流体动力学仿真，确定列车顶受电弓在不同运行车速、不同隧道阻塞比下，与接触网之间接触力的变化，通过多项式拟合构建受电弓弓网接触补偿力f与列车速度v、隧道阻塞比zs的函数关系；f＝
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6.724v 9804zs 0.01986v2 51.01v
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44630zs2其中，v代表列车速度，zs代表隧道阻塞比；步骤二：实时获取当前列车速度，并根据gps里程标获取列车即将进入的隧道的阻塞比；步骤三：在列车进入隧道前，执行预定的控制策略；所述预定的控制策略，具体是：根据当前列车速度和隧道阻塞比计算受电弓弓网接触补偿力，将弓网接触补偿力转换为气囊补偿压力，进而获取当前需要的气囊压力，并转换为比例阀开度的控制信号，输出给比例阀，进而调整弓网接触力；步骤四：实时监测开关阀上的压力传感器的测量值，当检测到该压力传感器的测量值超过设置的阈值时，代表此时对弓网接触力自动补偿控制出现较大误差，此时重新获取当前列车速度和隧道阻塞比计算弓网接触补偿力，重新获取气囊补偿压力及比例阀开度的控制信号；判断是否是由于获取数据错误导致对弓网接触力自动补偿控制出现较大误差，若是，则利用重新计算的气囊补偿压力调整气囊的比例阀开度；否则，调整当前需要的气囊压力为气囊能承受的阈值，根据该值调节比例阀开度。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的步骤四中，通过实时监测开关阀上的压力传感器的测量值，当出现需要关闭开关阀情况时，控制开关阀关闭，使受电弓降下。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤一，还根据计算流体动力学仿真获得的在不同车速、不同隧道阻塞比下的车体表面的风压信息，在无法获取隧道阻塞比和/或列车速度时，通过压差传感器测量列车车体表面的风压，并仿真获得的不同车速、不同隧道阻塞比下的车体表面的风压信息进行比对，找出最接近的工况作为当前工况，进而根据该工况获取弓网接触补偿力。

技术总结
本发明提供了一种气囊型受电弓弓网接触力补偿控制方法及装置，属于列车控制技术领域。本发明装置的微控制单元包括STM32系列的单片机和阀板控制器。单片机包括主程序模块、串口通讯程序模块、预瞄程序模块和控制压力处理程序模块。通过预瞄程序模块根据当前列车速度和隧道阻塞比计算弓网接触补偿力，通过控制压力处理程序模块转换获得气囊补偿压力，由主程序模块输出气囊气压控制信号。本发明方法通过计算流体动力学仿真，拟合构建弓网接触补偿力与列车车速、隧道阻塞比的函数关系，进而转换为气囊补偿压力，通过控制气囊压力实现弓网接触力主动补偿控制。本发明安装控制简便、能够及时补偿，并降低了维护成本。并降低了维护成本。并降低了维护成本。


技术研发人员：张辉 李倬云 祁智
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2021.08.20
技术公布日：2021/10/28