高速动车组恒速控制逻辑分析及优化策略摘要：目前运营的CRH2型 动车组恒速控制逻辑普遍使用双滞环策 略，其控制功能基本可以满足平直道恒 速3km/h运行目标，但若遇到大坡道、 恶劣天气等状况，则很难满足控制需求, 本文根据其实际运行效果分析其特性， 提出了进一步优化的控制策略关键词：恒速；双滞环；优化；逻 辑0引言CRH2型动车组已在全国范围内广 泛运营，其核心部件牵引变流器主电路 采用三电平整流器、三电平逆变器，牵 引电机为三相感应电动机恒速控制可 以有效地减轻列车运行中司机的重复、 繁琐地驾驶操作任务，且有效的恒速控 制有利于列车运行准点率目前动车组 采用的恒速控制策略有PID控制、双滞 环控制⑴等，本文针对CRH2型动车组 双滞环控制逻辑进行分析，并对其不足 进行补充优化而PID控制器由于其参 数整定难以实现通过理论计算直接应用 于实际工程，必须在列车实际运行过程 中进行修订，且PID调节的力矩输出变 化太快，不利于列车乘坐舒适度、全列 同步等需求，本文不涉及1 CRH2型动车组恒速控制分析 CRH2型动车组恒速控制逻辑使用双滞环策略:a. 牵引变流器控制装置接收来自网 络的恒速运行指令时，将当前时刻的列 车速度设定为恒速控制目标速度。
b. 控制装置实时采集列车速度，将列车实时速度与目标速度的偏差作为转矩 调节依据c. 当目标速度超过列车实时速度lkm/h时，牵引变流器启动整流、逆变 门极，进入牵引运行模式，并根据速度 偏差实时调节牵引转矩输出，当速度偏 差等于0时,牵引变流器进入惰行模式, 并关断整流、逆变门极；d. 当列车实时速度超过目标速度 3km/h时，牵引变流器启动整流、逆变 门极，进入再生制动运行模式，并根据 速度偏差实时调节制动转矩输出，当速 度偏差小于等于2km/h时，牵引变流器 进入惰行模式，并关断整流、逆变门极;e. 由于速度采样精度、数据传输延时等因素，为避免各节动车同时存在牵引、 再生制动工况，恒速控制设置了速度偏 差一定范围内惰行运行逻辑;f. 转矩设定与速度偏差成线性关系,速度偏差越大，转矩相应增大如下图 所示［2］：双滞环控制原理简单，软件易于实 现，但存在大上坡牵引不足、转矩扰动 频繁导致牵引变流器主回路电压波动、 低速大下坡制动不足等问题2双滞环控制优化1）引入风阻曲线、坡道阻力计算 既有控制策略的转矩设定仅根据速度偏差进行线性计算，缺乏对列车系统 性的受力模型分析对列车进行受力分 析如下⑶：忽略列车内部摩擦损耗及其他机械 损耗，列车受力模式为：Tf = Tmotor + TM + TwindTmotor为电机转矩，牵引时为正数, 制动时为负数；TM为重力分量，下坡时 为正数，上坡时为负数；Twind为风阻, 负数；Tf为列车最终受力总和。
由上式可知，恒速控制的根本目的 为，当实时速度高于目标速度时，施加 制动力，克服下坡重力分量降低或维持 车速，当实时速度低于目标速度时，施 加牵引力，克服上坡重力分量及风阻提 高或维持车速所以在既有恒速控制力 矩计算中引入风阻曲线、坡道重力分量, 得到更准确的力矩输出风阻计算如下：Twind = (3.26 + 0.0386*Vvehicle +0.001203* Vvehicle2) *MVvehicle为列车实时速度；M为列车 载荷(出去旋转惯量)；坡道重力分量为:TM = M*g*Sin ag为当地重力加速度；Q为线路坡道 角度；通过设定目标加速度a,即可近似得 出恒速控制时，力矩设定值为：Tmotor = M*a - TM + Twind 2）调整基准速度步长恒速控制中使用的偏差速度固定为精确度为O.lkm/h,由于实际运行中存在 速度传感器采样精度、信号传输延时、 速度脉冲解码偏差等因素，速度信号本 身细微波动剧烈，在稳态运行中，通常 存在土0.3km/h范围内速度扰动，恒速控 制中，此种现象导致的就是力矩计算值 频繁扰动，从而影响列车运行舒适度、 牵引变流器中间主回路直流电压波动等 问题，因而对恒速控制中的力矩给定与 速度偏差曲线的计算中，引入速度偏差 计算步长调节，降低力矩扰动频率及幅 度，从而改善乘车舒适度及系统稳定性。
如下式: VdiffO = abs (Vvehicle ?C Vset)Vdiffl = VdiffO mod VbaseVdiff = VdiffO ・ VdifflVdiffO为计算的实时速度偏差值;Vdiffl为实时速度偏差值模数基准速度的余数；Vdiff为计算力矩给定用的速度偏差值;Vset为恒速控制目标速度值;Vbase为计算力矩给定的基准速度精度, 可调节，此值越大，则力矩给定变化越 平稳，可根据实际运行效果调整3）全程维持整流器、逆变器门极启动恒速运行中列车会在牵引、再生制 动、惰行工况反复切换，而既有控制逻 辑设定为惰行时，关断整流、逆变器门 极，当恒速运行由惰行转入牵引、惰行 转入再生制动时，都需要经历整流器重 启，牵引变流器主回路中间直流电压建 立，逆变器重启励磁，磁场建立后相应 力矩输出的过程从而导致恒速牵引/再 生制动调节滞后，不利于恒速控制的精 准性且由于三相电机反复励磁、取消 励磁，也存在励磁失效风险综合考虑， 为避免以上不足，在恒速运行过程中可 保持整流器一直启动状态，维持牵引变 流器主回路中间直流电压稳定，逆变器 一直处于励磁控制状态，保障恒速控制 逻辑生成力矩指令时可以快速实时响， 提高速度控制精准性。
4）按需调节牵引/再生制动工况切 换速度点列车运行过程中，由于风阻与列车 速度正相关，高速恒速运行时，由于风 阻大，当列车运行于再生制动工况时， 要控制速度下降，再生制动力输岀较小 时即可达到目的低速恒速运行时，由 于风阻小，当列车运行于再生制动工况 时，要控制速度下降，则再生制动力输 出需要较大值才可达到目的因此为了 达到全速范围内控制的准确性及力矩输 出的及时性，考虑调整恒速控制逻辑中 低速、高速工况牵引/再生制动工况切换 速度偏差点，低速更早开始输出再生制 动力，即降低进入/退岀再生制动工况的 速度偏差值Von及Voff,高速稍晚输出再生制动力，即提高进入/退岀再生制动 工况的速度偏差值Von及Voff如下式:Vdiff3 = Vvehicle ?C Vset当（Vdiff3 ＞二Von）时再生制动运 行有效，当（Vdiff3。