16917

16917

مدل سازي، شبيه سازي و پياده سازي سيستم كنترل محركه قطارهاي الكتريكي با پيش بيني لغزش چرخ بر روي ريل

دكتري

قدرت

شهريور 1395

دكتر داود عرب خابوري

برق

در حمل‌ونقل ريلي، چرخ و سطح مسير (ريل) هر دو از جنس آهن و كاملاً صاف و صيقلي اند. به همين دليل قطار نسبت به ساير وسايل نقليه، حداقل انرژي را مصرف مي كند. ليكن اين سطوح صيقلي در هنگام افزايش سرعت قطار مشكل ساز هستند. از همين رو تحقيقات اين رساله در راستاي كنترل لغزش چرخ به هنگام افزايش سرعت قطار به انجام رسيده است. هدف از كنترل لغزش چرخ قطار، تلاش براي استفاده حداكثر از ضريب چسبندگي بين چرخ و ريل است. چراكه شتاب قطار ارتباط تنگاتنگي با ميزان ضريب چسبندگي بين چرخ و ريل دارد. در راستاي محور تحقيق، كه كنترل لغزش مي باشد، پس از بيان مقدمات و معرفي مفاهيم پايه، نوبت به مدل سازي حركت چرخ قطار بر روي ريل مي رسد. در اين رساله پس از شبيه سازي به كمك مدل نرم افزاري، مدل سازي سخت افزاري انجام‌گرفته است. مدل نرم افزاري از تركيب مدل هاي حركت موجود، معادلات مربوط به حركت، كنترل برداري موتور القايي و تخمين ضريب چسبندگي تشكيل شده است. در مدل سازي سخت افزاري از دو چرخ مماس بر يكديگر استفاده‌شده است. يكي از اين چرخ ها در حكم چرخ داراي محركه قطار بوده و به يك موتور القايي وصل شده است. چرخ ديگر بازيگر نقش ريل قطار است و به يك ژنراتور سنكرون متصل شده است. به كمك يك ميكروپروسسور الگوريتم هاي مورد نياز جهت كنترل سرعت موتور القايي پياده سازي شده‌اند. ژنراتور سنكرون، نقش خود قطار را بر عهده دارد و به يك مجموعه سه فاز بار مقاومتي متصل است. به كمك بار مقاومتي ميزان بار ژنراتور كنترل مي گردد. بار ژنراتور در حكم بار قطار است. بر اساس نقطه حداكثر چسبندگي، سه امكان براي گشتاور محركه قطار وجود دارد؛ 1- گشتاور محركه قطار كوچك‌تر از گشتاور چسبندگي حداكثر باشد، 2- گشتاور محركه قطار بزرگتر از گشتاور چسبندگي حداكثر باشد، 3- گشتاور محركه قطار معادل گشتاور چسبندگي حداكثر باشد. براي موارد اول و دوم با كنترل دامنه گشتاور ماشين هدف قابل دست يابي است. ليكن در مورد كنترل لغزش چرخ قطار در نقطه گشتاور چسبندگي حداكثر، موضوع كاملاً متفاوت است. كنترل چسبندگي به كمك كنترل لغزش انجام مي پذيرد. منحني چسبندگي برحسب لغزش تابع عوامل مختلفي بوده و عملاً يك منحني ثابت در دسترس نيست. ازاين رو در اين رساله روشي نوين جهت استفاده از حداكثر ضريب چسبندگي معرفي و ارائه‌ شده است. همان‌گونه كه نتايج شبيه سازي و پياده سازي نشان مي‌دهند به كمك روش پيشنهادي مي توان لغزش چرخ قطار را در نقطه گشتاور چسبندگي حداكثر كنترل نموده و از اين طريق زمان افزايش سرعت قطار را حداقل نمود.

1395/12/21

1/1/1900 12:00:00 AM

In the railway, both of wheel an​d the track (rail) are made from iron an​d they are quite smooth. For this reason comparing to other vehicles, train has the minimum of energy consumption. But, these polished surfaces in the train acceleration cause problems. Therefore the researches of this thesis have been done by aim of controlling wheel slip in the acceleration time of the train. The purpose of the train wheel slip control is attempt to maximum use of the adhesion coefficient between wheel an​d rail. Because the train acceleration is closely related to the adhesion coefficient between wheel an​d rail. In line with the research topic which is wheel slip control, after the introduction an​d introducing basic concepts, is turn of the modeling of train wheel movement on rail. In this thesis after simulation by software modeling, hardware modeling is done. The software model is formed by combining the existing motion models, equations of motion, vector control of induction motor an​d estimation of the adhesion coefficient. In the hardware modeling, two tangential wheels is used. One of these wheels is as the train driven wheel an​d is connected to an induction motor. Another wheel is playing the role of the railway an​d is connected to a synchronous generator. By use of a microprocessor, required algorithms for induction motor speed control are implemented. Synchronous generator role is the train an​d it is connected to a set of three-phase resistive load. With resistive load, quantity of the generator load is controlled. Generator load is as train load. According to maximum adhesion point, there are three possibilities for the train driving torque; 1- Train driving torque is smaller than the maximum adhesion torque, 2-Train driving torque is greater than the maximum adhesion torque, 3- Train driving torque is equal to the maximum adhesion torque. For the first an​d second states, by controlling the machine torque amplitude, the target can be achieved. But controlling train wheel slip torque at the point of maximum adhesion is a quite different matter. Adhesion control is performed by help of wheel slip control. Adhesion versus wheel slip curve is function of various factors an​d is not practically constant available curve. Hence in this thesis a novel method to use of the maximum adhesion coefficient is introduced. As the results of simulation an​d implementation show, with help of the proposed method wheel slip can be controlled at the point of maximum adhesion torque an​d by this way the acceleration time of the train can be minimized.