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接触网滑轮组传动效率试验研究(二号黑体)X X 1 XXX 1 X X 2 (四号仿宋) （北京交通大学机械与电子控制工程学院, 北京 100044） （五号宋体）摘 要（小五黑体）：本文对接触网滑轮组传动效率试验进行了研究。在原有PLS-40型接触网零部件疲劳试验机的基础上设计了一套位置加载系统，用来测试滑轮组在不同传动比下的传动效率。通过服务器/客户端的结构实现了传动效率的实时联机传送，由客户端对数据进行处理、储存以及打印报表。（小五宋体）关键词（小五黑体）：电液伺服位置闭环控制；力传感器的非线性标定；TCP/IP网络通信（小五宋体）中图分类号（小五黑体）： 文献标识码： 文章编号：Research of Catenarys Gear Group Efficiency Test（小四）首字母大写，其余均小写 XX Xxxx1 XXX Xxx-xxx1 XX Xx-xxx2（五号斜体）（School of Mechanical, Electronic and Control Engineering, Beijing Jiaotng University, Beijing 100044, China）Abstract（小五黑体）: The paper researches on the catenarys gear group efficiency test. Based on the PLS-40 Catenarys Accessory Fatigue-Test Device, a position close-loop load system is designed to measure the gear groups efficiencies under different transfer rates. Through the Client/Server Structure, the value of the gear groups efficiencies can be transmitted in real times. The client computer will deal with the efficiency values as well as store and print them.（小五）Key Words（小五黑体）: electronic-hydraulic position close-loop control, non-linear adjustment of force sensor, TCP/IP network communications0 引言（四号宋体）（五号宋体）目前，铁道部正在酝酿第六次提速，正在和将要开工的高速客运专线都将运营电气化机车，或者高速度车组。在这样的大背景下，如何确保高速（200km/h以上）条件下接触网的安全和可靠，就成为了保证行车安全和正常运营的关键。接触网滑轮组传动效率试验的作用就是在实验室条件下，近似模拟接触网的实际工作状况，检测滑轮组传动效率。1 问题描述（四号宋体）接触网滑轮组传动效率试验是在接触网滑轮组的一端加上最大为1 t的质量负载；在另一端，阀控液压缸通过钢丝绳的牵引使负载做匀速上升/下降运动，在运动到最高点以及最低点时，系统要使负载保持一段时间的静止状态，也就是说，控制液压缸做梯形波运动。在滑轮组的坠陀端加一个量程为1t的力传感器（图1中的2#），在滑轮组的线索端加一个量程为2.5t的力传感器（图1中的1#）。 匀速上升、下降和静止时计算1#和2#力传感器的比，就可以求出滑轮组在动加载及静加载不同状态下的传动效率。系统的拓扑结构如图1所示。 图1 系统的拓扑结构示意图（小五宋体）2 对原有系统的改进2.1 改进建议（五号黑体）传统的接触网滑轮组传动效率试验需要一台单独的试验机，实现液压缸动作、传感器数据采集、传动比计算、储存以及打印报表等功能。我们提出在PLS-40型接触网零部件疲劳试验机的基础上增加滑轮组传动效率试验，使用一台控制器完成所有的疲劳试验。同时，使用一台普通的计算机作为客户端，当进行滑轮组传动效率试验时，由它完成数据计算、实时显示等功能。2.2 改进优势使用这种服务器/客户端的形式的优点在于：(1) 进行滑轮组传动效率试验时，客户端（普通计算机）可以在任何时间访问服务器（疲劳试验机），进行数据传输、计算、实时显示、打印报表等功能。而整个过程不影响疲劳试验机的正常工作，高了疲劳试验机的稳定性。(2) 整个试验系统是在原有的PLS-40型接触网零部件疲劳试验机的基础上添加的新功能，节约了资源。(3) 只要是装有客户端软件（使用Borland C+ Builder编写）的计算机都可以作为客户端，提高了系统的灵活性，用户不用再购买特定的计算机，更加有利于用户的使用。3 控制系统硬件设计PLS-40型接触网零部件疲劳试验机采用研华公司的ACP-4001型工控机作为控制器。位置传感器为磁致伸缩型，分辨率0.002%FS。拉力传感器满量程分别为1t和2.5t。控制信号输出以及位置传感器数据采集采用研华公司的16位A/D、D/A数据采集板卡PCL816 & PCL816-DA-1（ISA总线，100ks/s采样速率）。设计了模拟滤波电路、运算放大电路、功率放大电路、与采集卡的接口电路。图2 系统的硬件构成4 位置闭环控制策略如图3所示，r(kT)为一个给定的离散化的梯形波信号，T为信号采样间隔，在具体VC+6.0编程中，定时中断采用多媒体定时器的方式，采样间隔1ms。该信号通过PID数字控制器后变为u(kT)，再经过D/A转换后以模拟信号u(t)的形式输出到伺服机构。通过伺服机构后的信号再经过传感器采集得到当前的位置信号，再经过A/D转换后，离散化为y(kT)。将y(kT)反馈到输入回路，得到式(1)的误差信号： e(kT)= r(kT)- y(kT) (1)这就是位置闭环控制的基本思路。图3 位置闭环控制策略5 力传感器的非线性标定采取分段非线性标定的方法来提高两个力传感器的线性度。具体做法是：对1t的力传感器，分别标定它在0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.8、1t时的数值；对2.5t的力传感器，分别标定它在0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、2、2.5t时的数值。标定的结果如图4、图5所示。图4 传感器分段线性标定（1t）图5 传感器分段线性标定（2.5t）通过图4可以看出，1t的力传感器在标定前具有大小为0.717 7的零点漂移，同时两个传感器在整个量程中的线性度不够理想。这些都需要通过分段非线性标定的方法加以校正。具体方法如下：以1t的传感器为例，设0.1t处（即传感器两端有0.1 t的负载）的输出电压值为V0.1，0.2t处的输出电压值为V0.2，则在0.10.2t的这一小区间内，传感器输出电压的斜率为：k2=( V0.2- V0.1)/(0.2-0.1) (2) 那么，在这一区间内的任意输出电压Vi所对应的压力值i （单位为t），就可以通过式(3)和式(4)计算出来： (3)将式(2)代入式(3)即可得到 (4)经过分段非线性标定之后，两个传感器的负载质量输出电压曲线如图4、图5中标定后的曲线所示 。6 力传感器输出值的网络通信系统要求在试验进行的同时，实时地计算传动效率，并绘出传动效率变化曲线。为了保证位置控制系统的稳定运行，同时为了扩展系统的功能，我们采用服务器/客户端的形式进行力传感器输出值的传输。在服务器端，进行位置闭环控制、两个力传感器的信号采集；在客户端，实现传动效率的计算、显示、存储、形成报表、打印等功能。图6给出了服务器端以及客户端的程序流程。客户端程序开始试验开始（四号宋体）创建客户端创建服务器建立连接绑定地址多媒体Y 定时器建立连接成功?位置闭环控制 N监听SocketY 定时器（1秒） 多媒体定时器N接收报文有客户端连接？计算传动效率实时显示、存储传送报文关闭服务器数据查询、形成报表、打印图6 程序流程图在服务器端，采用VC+6.0进行编程，利用多媒体定时器作为定时中断，实现控制算法。同时，每隔一定时间（用户可以自己设置，通常为1s）向客户端发送一组报文，结构为：坠陀运动方向（上升、下降、保持不动），坠陀端力传感器数值，线索端力传感器数值。在客户端，采用C+ Builder 进行编程，传动效率数据存储采用Access数据库的形式，这主要是利用了C+ Builder编程界面友好，对数据库操作简单的特点。这样做的另外一个好处是，将传动效率的计算、显示等环节放在客户端，即使客户端因为某种原因与服务器(位置闭环控制程序)断开，也不会影响服务器端的滑轮组传动效率试验的正常进行，这样就最大限度的保证了试验的安全性。7 结论本系统现已投入使用。通过在实际工况下的试验证明，本系统可以准确地测出不同传动比（通常为1:11:4）下的滑轮组传动效率。通过服务器/客户端的结构，可以对数据进行实时显示、存储，同时软件具有数据查询、打印报表等功能，方便用户操作。参 考 文 献（五号黑体）1 XiongY.F., Lequoc,S. Adaptive Control of a Synchronizing Servo-System J. SAE Technical Paper Series, 1992:1-5.2 骆涵秀. 试验机的电液伺服控制系统M. 北京:机械工业出版社,1991:36-37.3 李长春,刘晓东. 液压疲劳试验机数字控制的实现J. 液压气动与密封,2004(6): 24-25.4 刘长年. 液压伺服系统优化设计理论M. 北京:冶金工业出版社,1989:156-158. 5 韩虎,等.基于MATLAB液压系统的仿真技术研究与应用J.液压气动与密封,2007(3):4-5. 6 杨逢瑜,等.电液位置伺服系统无静差跟踪控制研究J.液压气动,2007(1):31-35.7 靳雁艳,等.电液位置伺服系统的稳定性分析与应用J.机械管理开发,2005(3):55-57（小五宋体）（参考文献的要求：为提高我刊所刊登文章的质量及杂志的影响力，我刊今后采用刊登的文章的参考文献将不少于7篇，且尽量选用近期期刊发表文章，如条件允许请尽量引用两篇以上我刊曾经刊登过的相关文章。我刊网址：/magazine_main.aspx）收稿日期：2006-07-17（六号宋体，此处为角注和正文分开）作者简介(六号黑体)：周欣（1981-），男，硕士研究生，毕业于北京交通大学机械与电子控制工程学院机械