制动系统的双闭环控制方法、装置及终端设备与流程

1.本发明属于制动控制技术领域，尤其涉及一种制动系统的双闭环控制方法、装置及终端设备。


背景技术：

2.制动系统是列车高速运行的安全保障，需要设计良好的控制策略来保证安全稳定停车。制动指令通过列车网络传送到每辆车的制动控制单元，通过控制车辆施加制动力的大小满足制动指令的需求。
3.在常规的列车制动控制方法中，列车的减速度指令直接通过计算得到机车制动缸压力指令，机车制动缸压力指令通过机车制动缸压力的闭环控制来实现制动控制。但是减速度指令在转化为机车制动缸压力指令时是根据车重等有限的参数进行计算的，不可能考虑所有因素，如车辆传动装置本身的摩擦、闸片的空行程等，因此这个指令转换过程会存在较大误差，最终导致制动控制准确度下降。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了一种制动系统的双闭环控制方法、装置及终端设备，以解决现有技术中因指令转换过程存在误差而导致的制动控制准确性差的问题。
5.本发明实施例的第一方面提供了一种制动系统的双闭环控制方法，包括：
6.获取机车在当前周期采集的减速度实际值及当前周期的初始减速度给定值；
7.根据当前周期采集的减速度实际值和当前周期的初始减速度给定值，得到当前周期的给定减速度调整值；
8.将当前周期的给定减速度调整值转换为机车制动缸的初始压力给定值；并获取在当前周期采集的制动缸压力实际值；
9.根据当前周期采集的制动缸压力实际值和当前周期的初始压力给定值的差值对所述机车制动缸充排风电磁阀进行控制，实现机车的制动控制。
10.本发明实施例的第二方面提供了一种制动系统的双闭环控制装置，其包括：
11.减速度获取模块，用于获取机车在当前周期采集的减速度实际值及当前周期的初始减速度给定值；
12.给定减速度调整模块，用于根据当前周期采集的减速度实际值和当前周期的初始减速度给定值，得到当前周期的给定减速度调整值；
13.机车制动缸压力获取模块，用于将当前周期的给定减速度调整值转换为机车制动缸的初始压力给定值；并获取在当前周期采集的制动缸压力实际值；
14.制动控制模块，用于根据当前周期采集的制动缸压力实际值和当前周期的初始压力给定值的差值对所述机车制动缸充排风电磁阀进行控制，实现机车的制动控制。
15.本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时
实现如上所述制动系统的双闭环控制方法的步骤。
16.本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述制动系统的双闭环控制方法的步骤。
17.本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本实施例首先获取机车在当前周期采集的减速度实际值及当前周期的初始减速度给定值；根据当前周期采集的减速度实际值和当前周期的初始减速度给定值，得到当前周期的给定减速度调整值；将当前周期的给定减速度调整值转换为机车制动缸的初始压力给定值；并获取在当前周期采集的制动缸压力实际值；根据当前周期采集的制动缸压力实际值和当前周期的初始压力给定值的差值对所述机车制动缸充排风电磁阀进行控制。本实施例通过减速度和机车制动缸压力的内外双闭环控制，能够提高制动控制准确性。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本发明实施例提供的制动系统的双闭环控制方法的流程示意图；
20.图2是本发明实施例提供的图1中s102的流程示意图；
21.图3是本发明实施例提供的图1中s102的另一种流程示意图；
22.图4是本发明实施例提供的制动系统的双闭环控制方法的控制框图；
23.图5是本发明实施例提供的制动系统的双闭环控制装置的结构示意图；
24.图6是本发明实施例提供的终端设备的结构示意图。
具体实施方式
25.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
26.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
27.为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
28.实施例1：
29.图1示出了本发明一实施例所提供的制动系统的双闭环控制方法的流程示意图，本实施例的执行主体为终端设备，具体过程详述如下：
30.s101：获取机车在当前周期采集的减速度实际值及当前周期的初始减速度给定
值。
31.本实施例通过速度传感器获取机车的实际速度值，终端设备按照预设周期获取速度传感器的实际速度值，并对实际速度值进行微分，得到减速度实际值。初始减速度给定值为制动系统给出的减速度指令中携带的值。
32.具体地，当前周期采集的减速度实际值为未进行当前周期的减速度控制前采集的值。
33.s102：根据当前周期采集的减速度实际值和当前周期的初始减速度给定值，得到当前周期的给定减速度调整值。
34.在本实施例中，根据当前周期采集的减速度实际值和当前周期的初始减速度给定值，对给定减速度进行闭环控制，从而提高给定减速度与减速度实际值之间的偏差。
35.s103：将当前周期的给定减速度调整值转换为机车制动缸的初始压力给定值；并获取在当前周期采集的制动缸压力实际值。
36.在本实施例中，基于常用的减速度与机车制动缸压力之间的转换规则，根据给定减速度调整值计算机车制动缸的初始压力给定值，然后通过压力传感器获取机车在当前周期采集的制动缸压力实际值，并根据反馈的制动缸压力实际值对机车制动缸压力的给定值进行内环闭环控制。
37.s104：根据当前周期采集的制动缸压力实际值和当前周期的初始压力给定值的差值对所述机车制动缸充排风电磁阀进行控制，实现机车的制动控制。
38.如图4所示，图4示出了本实施例提供的制动系统的双闭环控制方法的控制框图，本实施例首先获取机车在当前周期采集的减速度实际值及当前周期的初始减速度给定值；将当前周期采集的减速度实际值和当前周期的初始减速度给定值输入外环减速度控制器，输出当前周期的给定减速度调整值；然后将当前周期的给定减速度调整值转换为机车制动缸的初始压力给定值；并获取在当前周期采集的制动缸压力实际值；将当前周期采集的制动缸压力实际值和当前周期的初始压力给定值输入内环压力控制器，对所述机车制动缸充排风电磁阀进行控制。本实施例通过减速度和机车制动缸压力的内外双闭环控制，在控制速度快的同时还能够提高制动控制准确性，从而保证稳定的制动距离，提高各种轨道条件下机车的稳定性及准点性，增加既有线路的行车密度。
39.在一个实施例中，如图2所示，图2示出了图1中s102的具体实现流程，其过程详述如下：
40.s201：将当前周期采集的减速度实际值和当前周期的初始减速度给定值的差值作为减速度差值；
41.s202：将所述减速度差值输入pi控制器，输出差值控制量；
42.s203：对所述差值控制量与当前周期的初始减速度给定值求和，得到当前周期的给定减速度调整值。
43.在本实施例中，可以采取pi控制对机车的减速度进行闭环控制。
44.在一个实施例中，所述pi控制器的计算公式如式(1)所示：
45.46.式(1)中，k
s
＝f(d(t))*k，且d(t)表示t周期的减速度差值，k
p
表示比例参数，k
s
表示积分参数，u
m
表示所述pi控制器的上限值，u(t)表示周期t的差值控制量，k为常数。
47.具体地，设置比例参数k
p
为0.5，u
m
设置为0.2m/s2，σ设置为0.5，k设置为0.5，假设初始减速度给定值a0为1.5m/s2，刚进入制动控制时，列车减速度实际值a为0，d(t)＝a
0-a＝1.5m/s2，误差比较大，k
s
＝0.0044，积分参数值较小。根据式(1)求得u(t)＝0.75，最后输出的给定减速度调整值为2.25m/s2，比初始减速度给定值大，加快控制速度。
48.假设在过了1s后减速度实际值a从0线性增加到1.3m/s2，求得k
s
＝0.3683，积分参数增大很多，根据式(1)求得u(t)＝0.3394，给定减速度给定值为1.8394m/s2，减速度实际值接近给定减速度调整值，则外环控制器输出的给定减速度调整值减小。但是k
s
值较大，最后只要a<a0，u(t)就会一直增大，外环控制输出也会增大，使得a增大，直到a＝a0；若a>a0，则u(t)就会一直减小，外环控制器输出的给定减速度调整值也会减小，使得a减小，最后a＝a0。可见本技术实施例提供的上述外环控制方法可以减小甚至消除列车减速度实际值与给定减速度调整值之间的误差。
49.在一个实施例中，如图3所示，图3示出了图1中s102的具体实现流程，其过程详述如下：
50.s301：根据前一周期的给定减速度调整值和当前周期采集的减速度实际值计算当前周期的调整系数；
51.s302：将当前周期的调整系数与当前周期的初始减速度给定值相乘，得到当前周期的给定减速度调整值。
52.本实施例还可以通过给定减速度调整值和减速度实际值动态的更新调整系数，并根据动态的调整系数调整给定减速度调整值。
53.在一个实施例中，图3中的s301具体还包括：
54.计算前一周期的给定减速度调整值和当前周期采集的减速度实际值的比值作为当前周期的减速度比值；
55.将当前周期的减速度比值与前一周期的调整系数的差值作为系数差值；
56.判断所述系数差值的绝对值与预设差阈值的大小，若所述系数差值的绝对值大于或等于所述预设差阈值，则监测所述机车制动缸的制动缸压力是否进入稳定状态；
57.若所述制动缸压力已进入稳压状态，则将当前周期的减速度比值作为当前周期的调整系数。
58.在本实施例中，在控制方法中引入动态调整系数k对初始减速度给定值a0进行调整，得到给定减速度调整值再进行减速度与制动缸压力的指令转换，来补偿指令转换过程与实际情况之间的误差。但是由于制动系统的滞后效果，只有机车的实际减速度a稳定后给定减速度调整值a1与初始减速度给定值a0的比值才能表现为指令转换过程与实际情况之间的误差比例。
59.基于上述原理，本实施例调整系数k的取值过程具体可以包括：
60.(1)初始化调整系数k，k的初始值可以取1；
61.(2)经过一个周期的控制以后，获取前一周期的给定减速度调整值和当前周期采
集的减速度实际值的比值；
62.(4)将当前周期的减速度比值与前一周期的调整系数的差值作为系数差值；例如，前一周期的减速度比值为1.05，前一周期的调整系数为1，则差值为0.05；
63.(3)假设预设差阈值为0.01，则前一周期的系数差值的绝对值大于预设差阈值，此时检测制动缸压力是否进入稳压状态。
64.优选地，本实施例采用检测制动缸充风电磁阀的状态和排风电磁阀的状态的方法确定制动缸压力是否进入稳压状态，若充风电磁阀的状态和排风电磁阀的状态均为关闭状态，则说明充排风电磁阀进入保压状态，此时更新调整系数为当前周期的减速度比值。
65.(4)更新调整系数后，给定减速度调整值相应发生变化，从而导致制动缸的初始压力给定值也发生变化，内环压力控制器对制动缸充排风电磁阀进行控制，制动缸充排风电磁阀状态变化，重新对制动缸进行充气；若再次检测到充排风电磁阀进入保压状态，则再次更新调整系数为当前周期的减速度比值。
66.(5)若判定前一周期的系数差值的绝对值小于预设差阈值，或判定制动缸压力未进入稳压状态，则保持当前周期的调整系数不变。此种情况下k值接近于给定减速度调整值和减速度实际值的比值，达到了减小减速度误差的目的，因此k值可保持不变。
67.在本发明的一个实施例中，调整系数的计算方法还可以包括：
68.1)将当前周期采集的实际减速度和前一周期采集的实际减速度的差值作为当前周期的减速度变换率；
69.2)若当前周期的减速度变化率的绝对值小于预设变化率阈值，则更新当前周期的调整系数为前一周期的减速度变化率的绝对值；
70.3)若前一周期的减速度变化率的绝对值大于或等于预设变化率阈值，则保持当前周期的调整系数不变。
71.通过上述方法，可以动态的更新调整系数，进一步减小指令转换过程中的计算误差，从而提高双闭环控制方法的准确性。
72.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
73.如图5所示，图5示出了本发明实施例提供的制动系统的双闭环控制装置100的结构示意图，其包括：
74.减速度获取模块110，用于获取机车在当前周期采集的减速度实际值及当前周期的初始减速度给定值；
75.给定减速度调整模块120，用于根据当前周期采集的减速度实际值和当前周期的初始减速度给定值，得到当前周期的给定减速度调整值；
76.机车制动缸压力获取模块130，用于将当前周期的给定减速度调整值转换为机车制动缸的初始压力给定值；并获取在当前周期采集的制动缸压力实际值；
77.制动控制模块140，用于根据当前周期采集的制动缸压力实际值和当前周期的初始压力给定值的差值对所述机车制动缸充排风电磁阀进行控制，实现机车的制动控制。
78.从上述实施例可知，本实施例通过减速度和机车制动缸压力的内外双闭环控制，在控制速度快的同时还能够提高制动控制准确性，从而保证稳定的制动距离，提高各种轨
道条件下机车的稳定性及准点性，增加既有线路的行车密度。
79.在一个实施例中，所述给定减速度调整模块，包括：
80.差值计算单元，用于将当前周期采集的减速度实际值和当前周期的初始减速度给定值的差值作为减速度差值；
81.输出差值控制量计算单元，用于将所述减速度差值输入pi控制器，输出差值控制量；
82.减速度调整单元，用于对所述差值控制量与当前周期的初始减速度给定值求和，得到当前周期的给定减速度调整值。
83.在一个实施例中，所述pi控制器的计算公式为：
[0084][0085]
其中，k
s
＝f(d(t))*k，且d(t)表示t周期的减速度差值，k
p
表示比例参数，k
s
表示积分参数，u
m
表示所述pi控制器的上限值，u(t)表示周期t的差值控制量，k为常数。
[0086]
在一个实施例中，给定减速度调整模块120包括：
[0087]
调整系数计算单元，用于根据前一周期的给定减速度调整值和当前周期采集的减速度实际值计算当前周期的调整系数；
[0088]
给定减速度调整值计算单元，用于将当前周期的调整系数与当前周期的初始减速度给定值相乘，得到当前周期的给定减速度调整值。
[0089]
在一个实施例中，调整系数计算单元包括：
[0090]
减速度比值计算子单元，用于计算前一周期的给定减速度调整值和当前周期采集的减速度实际值的比值作为当前周期的减速度比值；
[0091]
系数差值计算子单元，用于将当前周期的减速度比值与前一周期的调整系数的差值作为系数差值；
[0092]
系数差值判断子单元，用于判断所述系数差值的绝对值与预设差阈值的大小，若所述系数差值的绝对值大于或等于所述预设差阈值，则监测所述机车制动缸的制动缸压力是否进入稳定状态；
[0093]
调整系数更新子单元，用于若所述制动缸压力已进入稳压状态，则将当前周期的减速度比值作为当前周期的调整系数。
[0094]
图6是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图6所示，该实施例的终端设备6包括：处理器60、存储器61以及存储在所述存储器61中并可在所述处理器60上运行的计算机程序62。所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各个方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至104。或者，所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图5所示模块110至140的功能。
[0095]
所述计算机程序62可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器61中，并由所述处理器60执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计
算机程序62在所述终端设备6中的执行过程。所述终端设备6可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器60、存储器61。本领域技术人员可以理解，图6仅仅是终端设备6的示例，并不构成对终端设备6的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
[0096]
所称处理器60可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0097]
所述存储器61可以是所述终端设备6的内部存储单元，例如终端设备6的硬盘或内存。所述存储器61也可以是所述终端设备6的外部存储设备，例如所述终端设备6上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器61还可以既包括所述终端设备6的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器61用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器61还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0098]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0099]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0100]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0101]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0102]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显
示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0103]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0104]
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0105]
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。