16944

16944

طراحي سيستم كنترل ترمز ديناميكي قطار بر پايه ساختار كنترلي متوالي ( آبشاري) مقاوم

كارشناسي ارشد

مهندسي كنترل علائم

اسفند 1395

دكتر بيژن معاوني

راه آهن

امروزه باتوجه به گسترش استفاده از سيستم هاي حمل و نقل ريلي، عملكرد مطلوب و دقيق تمام سيستم ها و زير سيستم هاي كنترلي در وسايل نقليه ريلي اهميت بسزايي يافته است. سيستم كنترل ترمز ديناميكي يكي از اين زير سيستم هاي كنترلي محسوب مي گردد كه نقش مهمي را در ايجاد امنيت وسايل نقيه ريلي به ويژه در حين فرآيند ترمزي و ذخيره انرژي ترمزي بازگشتي ايفا مي كند. از اهداف سيستم كنترل ترمز ديناميكي كنترل ميزان لغزش در حين فرآيند ترمزي به منظور جلوگيري از ساييدگي و خوردگي چرخ ها و همچنين در اختيار داشتن مسافت ترمزي معين و افزايش بهره برداري از خطوط حمل و نقل ريلي است. اين پايان نامه با ارائه مدل ديناميكي چرخ لوكوموتيو قطار داراي موتور كششي جريان مستقيم و به كارگيري معادلات ديناميك ترمزي، به رديابي يك پروفايل سرعت مطلوب به منظور كنترل مسافت ترمزي و همچنين كنترل ميزان لغزش در حين فرآيند ترمز گيري پرداخته است. با توجه به ديناميك غير خطي و نامعيني هاي ساختاري سيستم ترمزي، تابع تبديل خطي سازي شده سيستم با حضور نامعيني ها، جهت طراحي كنترل كننده مقاوم با عملكردي مطلوب به كار گرفته شده است. طراحي كنترل كننده مقاوم با استفاده از نظريه فيدبك كمي و با ترسيم گزاره‌هاي نامعيني سيستم ضمن در نظر گرفتن باندهاي پايداري مقاوم و رديابي مرجع صورت پذيرفته است. در سيستم ديناميكي ارائه شده، يك سيستم كنترل مقاوم تك حلقه اي و يك سيستم كنترل مقاوم متوالي (آبشاري) با دو حلقه كنترلي طراحي شده است و همچنين در بخش پيوست يك سيستم كنترل متوالي با حضور دو كنترل كننده تناسبي انتگرالي جهت تاكيد بر ضرورت استفاده از كنترل كننده مقاوم براي دست يابي به بهترين عملكرد و مقايسه نحوه كنترل موتورهاي كششي از نوع تحريك مستقل و شنت معرفي شده است. حلقه اصلي سيستم كنترلي مقاوم با فيدبك گرفتن سرعت زاويه اي چرخ و با هدف مينيمم كردن خطاي موجود نسبت به سرعت زاويه اي مطلوب كه توسط سيستم عملكرد اتوماتيك قطار فراهم مي‌شود. در سيستم هاي كنترلي متوالي، حلقه ثانويه به منظور رديابي پارامتر لغزش مرجع در نظر گرفته شده‌اند. در نهايت سيگنال كنترلي حاصل با استفاده از يك مدولاتور پهناي پالس به موتور كششي جريان مستقيم اعمال شده و با توليد گشتاور ترمزي مطلوب، مسافت ترمزي معين و لغزش مطلوب حاصل مي‌گردد. شبيه سازي‌هاي انجام شده عملكرد موفق سيستم كنترل ترمز ديناميكي ارائه شده را نمايش مي‌دهد. واژه‌هاي كليدي: سيستم ترمز ديناميكي، لغزش، موتور كششي جريان مستقيم، كنترل مقاوم، نظريه فيدبك كمي

1395/12/23

1/1/1900 12:00:00 AM

Nowadays, by increasing the usage of railway transportation systems, accurate performance of all systems an​d control subsystems is become vitally important. Dynamic braking control system is one of these subsystems that has the main role to provide safety an​d security in the rolling stock especially during the braking an​d saving regenerated energy. The objective of the dynamic braking control system is the control of the slip ratio while braking to prevent the train wheel from corrosion an​d provide a certain braking distance to increase the track line capacity. This study proposes a train wheel dynamic model with DC traction motor an​d all related components an​d equations to track a desired velocity profile in order to have an accurate braking distance an​d control the slip ratio during the braking. According to nonlinearity of the dynamic braking system, linear model by considering system structural uncertainties is presented to design a proper robust controller with high performance. Robust controller is designed based on the quantitative feedback theory an​d by considering the uncertainties templates an​d robust stability an​d model reference boundaries. In appendix, the proposed dynamic braking system with a cascade control structure by two proportional integral controller is used to emphasize the better performance of the robust control system an​d comparing the controllability of the DC traction motor with shunt an​d separately excitation. This control method by using feedback of the wheel Peripheral velocity an​d remove the error compared with the desired speed profile which is provide by the train automatic operation (ATO) system can control the braking distance. Eventually, the provided control signal can apply to the DC traction motor by using pulse width modulator (PWM). By this methodology applicable control torque is used to have an accurate braking distance an​d control the slip ratio. Comprehensive simulations are employed to show the effectiveness of the dynamic braking control system. Keywords: robust control, quantitative feedback theory, dynamic braking system, wheel slip, DC traction motor