內燃機車恒功率勵磁控制系統及輔發勵磁充電電路設計分析

0 引言

傳統內燃機車中搭載的勵磁控制系統，以繼電器邏輯控制方式確保電路的穩定運行，這種控制方式的弊端在于線路分布復雜，一方面給后期的運維工作造成了困難，另一方面過多的觸頭數量導致勵磁控制系統長時間大電流觸電，提升火災發生的概率，影響內燃機車的安全。隨著技術的不斷進步，相關工作人員嘗試利用電子控制系統取代傳統的繼電器邏輯控制，通過這種方式精簡內燃機車的電路系統，在提升操控能力的同時，降低安全隱患。為了方面介紹，本文以DF7型內燃機車為例，嘗試設計恒功率勵磁控制系統，以及輔發勵磁充電電路，確保內燃機車能夠穩定運行。

1 恒功率勵磁控制系統

1.1 勵磁控制系統運行原理

從結構上看，恒功率勵磁控制系統主要由勵磁發電機，以及勵磁控制裝置所構成，實際運行過程中，勵磁控制裝置根據內燃機車實際運行狀態計算出控制量，對勵磁發電機的勵磁電流進行管控，該控制過程是一個完整的閉環，在發電機做功時通過勵磁控制裝置對誤差進行靈活調節，確保勵磁發電機始終處于穩定的工作狀態之中

。

通過對勵磁發電機等效電路、電勢矢量圖的分析（如圖1所示），可以得出電勢矢量計算公式：

作者簡介：吳麗麗，女，福建省南靖縣山城中心小學，中共黨員，一級教師，專科學歷，研究方向：目標導學 優化結構。

1.2 構建勵磁控制系統數學模型

基于勵磁控制系統控制流程（如圖2所示），建立數學模型，該模型主要分為兩個部分。

1.2.1 驅動器

驅動器的主要作用是放大調節裝置發出的控制信號，提升對于勵磁發電機的控制效率，因此在建立數學模型時可以將驅動裝置視為一階慣性環節。

在得到PID控制器比例系數之后，利用MATLAB工具，得到輸出量與輸入量的隸屬度函數曲線，同時使用三角型隸屬度函數，通過調整函數的斜率來控制輸出量與輸入量的靈敏性，構建隸屬度函數模型。

1.2.2 勵磁發電機

本研究中使用的是傳統的DF

型內燃汽車，該類型機車中搭載的是他勵直流發電機，則輸入電阻電壓計算公式為：

我國武術文化研究發文量呈現該趨勢的原因主要體現在：一是武術文化是以武術技擊技術為核心，以中國文化哲學為基礎的產物，關于該主題的研究在武術研究和文化研究之后，因此2007年以前的發文量相對較少。二是2007年是北京奧運會前夕，武術項目申奧呼聲較高，武術文化的相關理論與實踐研究受到學者們的關注，發文量急劇上升。三是發文量整體呈現波浪趨勢，說明了我國武術文化研究道路坎坷，學者們的學術熱情起起伏伏，但近些年隨著一帶一路、體育深化改革政策的推進，武術文化交流、傳播與傳承問題再次備受關注。

當發電機的轉速保持不變的時候，勵磁發電機的數學模型為：

1.3 勵磁控制系統算法改進

1.3.1 模糊控制

根據不同的維數，模糊控制方式會存在較大差異，目前常見的模糊控制方式分為：①一維模糊控制。該控制模式只分析誤差，無法對復雜的數據結構進行計算。②二維模糊控制。這種控制模式能夠對誤差，以及誤差變化量進行計算處理。③三維模糊控制。這種控制模式較為精確，但是由于其邏輯運算結構較為復雜，導致該控制模式運算時間較長，普及率不高。綜合考慮各項因素，設計人員決定采用二維模式控制技術對勵磁控制系統的算法進行優化

。

1.3.1.1 模糊化

該模塊為模糊控制系統的基礎，內嵌模糊運算規則庫以及模糊數據庫，其中規則庫是整個模糊控制系統的核心，其中包含“IF…THEN”“tlist…”等基礎性的后條件描述命令。

（3）在制造業轉型升級方面投入更多資金。圍繞“中國制造2025”發展的關鍵領域和核心任務，在金融方面，山東省政府應加大制造業發展的支持，以促使制造業結構進一步改變、提質增效和升級轉型。同時，山東省政府還應該積極發展并逐步改進有利于建設制造強省目標的多元金融體系，發揮好銀行機構的業務優勢，以產生促進制造業發展的協同效應。

完成數據的模糊化處理之后，需要選擇模糊隸屬函數，本次研究中選擇三角形屬度函數（trimf），與其他類型的隸屬度函數相比，trimf型隸屬度函數具有較高的靈敏性，并可以根據實際需要對函數靈敏度進行調節，曲線斜率越高則代表靈敏性越高

。

放進冰箱后，降溫的速度也很重要。如果冰箱里東西太滿，制冷效果不足，或者菜太大份，放很久都難以降溫，也會帶來安全隱患。

經過模糊推理得到的數據是一個非確定值，無法被勵磁控制系統識別并執行，因此需要對模糊數據進行反模糊化處理，將其轉變為確定值。

首先需要對輸入的精確數據進行模糊處理，再利用模糊數學理論對模糊數據進行計算與比對。通常情況下，需要對精確的輸入量做以下模糊處理：

1.3.1.3 模糊推理

基于模糊規則庫以及模糊數據庫，模糊推理模塊對已經完成模糊化處理的數據進行計算與比對，并輸出相應的控制量。

1.3.1.4 反模糊化

1.3.1.2 知識庫

推行勞動保護，就是為保障勞動者在生產勞動過程中的生命安全和身體健康，在法律、技術、教育、管理和組織制度上所采取的一整套綜合性的保護措施。只有加強企業勞動保護，才能確保安全生產和正常的運營活動，從而改變長期以來不少企業中工傷事故頻發和職業危害嚴重的局面。

1.3.2 PID調節器

二維模糊控制方式的局限性在于，該方式只考慮實際值與設定值之間的誤差以及誤差變化量數據，其控制原理與積分相似，因此無法徹底解決誤差，盡管通過放大比例系數的方式能夠進一步減少靜態誤差，但是無法徹底消除誤差，且放大比例系數會影響模糊處理系統的穩定性。因此，需要利用PID調節器對勵磁發電機誤差進行靈活調節。

實際工作中，PID調節器對比給定功率（P

）以及實際功率（P）的差值，得到誤差數據。再將誤差數據傳輸至模糊控制裝置，對誤差數據進行模糊處理，再將誤差模糊數值傳回PID調節器。本次設計中，對誤差（e）以及誤差變化率（ec）進行模糊運算，并在經過反模糊處理后得到輸出控制量ΔK

、ΔK

、ΔK

，并利用公式（5）得到K

、K

、K

參數

。

通過模糊化運算以及反模糊化處理，最終得到PID比例系數：

同時，寧夏圖書館設立少兒圖書分館，為青少年讀者提供了良好的閱讀環境，增加的各種圖書和繪本也吸引了更多青少年讀者。親子閱讀也將成為今后重點活動之一。

公式（2）中，變量K

代表驅動裝置的放大倍數，而T

為時間常數，U

（s）為驅動裝置的輸出常量，U

（s）為輸入常量，在該公式中，驅動裝置放大倍數處于2.5～21.2范圍內。

②記m 為a,b,c,d四個數中最小值，對于由兩個數對(a,b),(c,d)組成的數對序列P(a,b),(c,d),和P′(c,d)，(a,b),試分別對m=a和m=b的兩種情況比較T2(P)和T2(P′) 的大小.

2 輔發勵磁充電電路優化

2.1 充電電路改進

由于內燃機車搭載的輔發勵磁充電電路與Boost電路等效，因此可以基于Boost電路對內燃機車的充電系統進行優化。實際運行過程中，如果沒有對蓄電池進行預充電，在啟動的一瞬間電感電流會激增，導致電流過大，蓄電池在強大電流的干擾下，其化學反應會十分劇烈，影響電池壽命與容量，甚至還會導致安全事故。針對這一問題，設計人員嘗試設計帶有Buck緩沖功能的輔發勵磁充電系統，可以在內燃機車運行過程中隨時為蓄電池充電。

以Boost系統作為基礎設計的輔發勵磁充電電路，其中輔發勵磁充電控制整流等效輸入電壓為u

。電路運行過程中u

≥u

，當晶閘管處于斷開狀態，可以得到如下公式：

公式（6）中，U

為充電感應裝置電壓，U

為輸出電壓，C為濾波器。通過上述公式得到蓄電池充電系統的最大電流參數，發現本次設計中，C的電容數量級別為μF級別，電磁感應為μH級別，可以得知充電系統在未進行優化前，其瞬時最大電流與u

屬于相同數量級，經過改進之后，充電系統最大電流數量級達到了k×10

，通過對比最大電流與u

的數量級可以發現，帶有Buck電路的輔發勵磁充電電路瞬時電流明顯降低，確保充電電路的電流峰值始終處于安全區間內

。

其次，基礎英語習得的輸入數量和內容不足。據統計，中小學階段每個學期，覆蓋一本英語教材，每本涵蓋大約十個主題單元，每個單元包含大約一篇閱讀文章和2-4篇2-6個輪回的對話，涉及10-25個新生詞的學習。課堂上老師給學生講授英語語法、句法、生詞和帶讀。課堂下，學生做識記型訓練，很少有學生另外花費時間和精力再涉獵額外的英語聽讀輸入材料。

2.2 基于Buck電路的輔發勵磁充電電路建模

在基于Buck電路的輔發勵磁充電電路結構中（如圖3所示），設計人員針對M

與M

進行PI控制，利用該充電結構對于無預充的蓄電池進行充電，同時斷開或者連接控制電路的開關，在M

與電路開關之間增設一個繼電器，對于蓄電池以及充電電路起到一定的保護作用。

a、由于下層擋板主要作用是促使煤粉氣流產生初級旋流，而現有上層擋板部分或大部分處于全開位置，當煤粉氣流進入上層擋板后，上層擋板不但沒有起到增加旋流強度的作用，反而起到了降低旋流強度的均流板作用，從而使得煤粉氣流旋流強度降低，沿分離器軸向運動，分離效果變差，因此即使下層擋板在較大范圍內調整，而當煤粉氣流通過上層擋板后，旋轉強度顯著降低且與調整前后變化不大，從而造成分離器擋板在較大范圍內調整時煤粉細度變化較小；

設計過程中，工作人員為了提升充電電路運行效率，對充電電路軟件控制系統進行優化，其中u

與u

代表蓄電池電壓的上限與下限，u

則代表蓄電池等壓輸入電壓，Δu是u

與u

的允許誤差最大值（如圖4所示）。

通過對M

、M

控制信號算法的分析可以發現，PI電壓控制裝置輸出M

信號，充電電路啟動后，電壓參考值由0V逐漸上升，直至達到電壓設定值。同時PI電流控制裝置輸出M

控制信號。本次設計中充電電路的等效輸出與輸入初始數值為0，因此在充電電路啟動之后，會隨時對蓄電池進行預充電，避免出現電路過流問題

。

3 結語

為了確保內燃機車電傳動系統始終處于穩定的工作狀態，需要根據內燃機車使用目的以及實際情況，設計一套安全高效的恒定功率勵磁控制系統，基于勵磁控制模型，利用PID控制裝置以及模糊運算理論，實現對于電壓系統的有效控制。同時，借助Boost電路，對輔發勵磁充電電路進行優化，確保勵磁電機工作過程中隨時對蓄電池進行預充電，避免出現電流過載問題，延長蓄電池使用壽命以及電池容量，為內燃機車的穩定運行保駕護航。

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