[硕士论文精品]pid参数自整定方法在电力机车微机控制柜中的应用研究

西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要目前SS3B型电力机车传动控制系统多采用基于经典PID速度环加电流环的双闭环控制结构，其中经典PID调节器均是以“模拟运算放大器”为主要元件的模拟PID调节器。模拟PID调节器易实现，稳定性较好，但在实际的调节过程中太过依赖控制对象的模型参数；并且由于电力机车在运行过程中呈现大滞后、非线性、强干扰等特点，其固定参数的经典PID控制难以获得良好的系统动态性能。本文针对经典PID控制在SS3B型电力机车传动控制中应用的不足，开展了单神经元PID参数自整定算法在SS3B型电力机车传动控制中的设计研究，并在已开发的SS3B型电力机车微机控制柜中实现此算法。试验证明，单神经元PID参数自整定控制使得SS3B型电力机车在运行过程中具有良好的系统动态性能。此外，单神经元PID参数自整定算法在微机控制柜中易于实现，算法简单，实际运行过程中占用微机控制柜软硬件资源少，易于微机控制柜的维护。本文首先对单神经元PID参数自整定算法在SS3B型电力机车传动控制系统中的设计与实现中参数的整定进行了仿真。进而在深入分析了SS3B型电力机车运行过程的机车特性后，利用现场试验数据与模型输出数据的对比，在MATLABSIMULINK仿真环境下对SS3B型电力机车传动控制系统建立了精确的仿真模型。然后利用此模型来大大缩短单神经元PID参数自整定算法中参数整定的时间，使得单神经元PID参数自整定算法满足SS3B型电力机车的传动控制控制要求。论文最后，对已应用单神经元PID参数自整定算法的SS3B型电力机车微机控制柜进行了试验方案的设计与研究。为了确保列车、试验设备在试验过程中的安全和严格要求试验时间的前提下，对试验进行了多种方案的设计。现场试验证明，单神经元PID参数自整定算法的应用使得SS3B型电力机车微机控制柜的控制性能符合设计要求。关键词电力机车，微机控制柜，PLD，单神经元，试验西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页_IL_L_L_L_I_I_L_L_IL_LL_IL_IL_II11II_L_L_LIABSTRACTMOSTOFSS3BCURRENTELECTRICLOCOMOTIVEDRIVECONTROLSYSTEMAREBASEDONTHEDOUBLECLOSED100PCONTROLSTRUCTUREWHICHHAVEONECLASSICPIDSPEEDLOOPANDONECLASSICPIDCURRENTLOOP，BOTHCLASSICPIDREGULATORAREBASEDONSIMULATEDOPERATIONALAMPLIFIERASTHEMAINCOMPONENTSOFTHEANALOGPIDREGULATORANALOGPIDREGULATORISEASIERTOACHIEVE，BETTERSTABILITY，BUTINPRACTICEITRELYTOOMUCHONTHEMODELPARAMETERSOFTHECONTROLOBJECT，ANDBECAUSEOFELECTRICLOCOMOTIVESHAVEA1ARGETIMEDELAY、NONLINEAR、CHARACTERISTICOFSTRONGINTERFERENCEINRUNNINGCOURSE，THECLASSICPIDCONTROLSYSTEMISDIFFICULTTOOBTAINGOODDYNAMICPERFORMANCEBECAUSEOFTHEAPPLICATIONOFTHECLASSICPIDCONTROLISDEFICIENCIESINTHETRANSMISSIONCONTROLOFSS3BELECTRICLOCOMOTIVE，THISARTICLECARRYOUTARESEARCHOFDESIGNWHICHUSESSINGLENEURONPIDPARAMETERSELFTUNINGALGORITHM，ANDACHIEVETHISALGORITHMIFLDEVELOPMENTOFMICROCOMPUTERCONTROLCABINETOFSS3BELECTRICLOCOMOTIVETRIALHASPROVEDTHATTHESS3BELECTRICLOCOMOTIVEUSEDTHESINGLENEURONPIDPARAMETERSELFTUNINGALGORITHMHASAGOODDYNAMICPERFORMANCEINADDITION，THESINGLENEURONPIDPARAMETERSELFTUNINGCONTROLALGORITHMINTHEMICROCOMPUTERCONTROLCABINETISEASYTOIMPLEMENT，ANDITSOCCUPATIONOFCOMPUTERHARDWAREANDSOFTWARERESOURCESISLESSTHANOTHERINTELLIGENTCONTROLMETHODINACTUALOPERATIONOFTHEPROCESS，SOITSEASYMAINTENANCEFORCOMPUTERCONTROLCABINETFIRSTOFALL，THISARTICLEMAKEASIMULATIONOFTUNINGPARAMETERSOFSINGLENEURONPIDPARAMETERSELFTUNINGALGORITHMUSEDINTHETRANSMISSIONCONTROLSYSTEMOFSS3BELECTRICLOCOMOTIVESECOND，WITHANALYZETHEFEATURESOFSS3BELECTRICLOCOMOTIVEINDEPTHANDCOMPARETHEFIELDTESTDATAWITHTHEMODELOUTPUTDATA，APRECISESIMULATIONMODELOFTHEDRIVECONTROLSYSTEMOFSS3BELECTRICLOCOMOTIVEISESTABLISHEDINTHEMATLABSIMULINKSIMULATIONENVIRONMENTANDTHENUSETHISMODELTOSIGNIFICANTLYREDUCETHEPARAMETERSELFTUNINGTIMEOFSINGLENEURONPIDPARAMETERSELFTUNINGALGORITHM，MAKING西南交通大学硕士研究生学位论文第1II页SINGLENEURONPIDPARAMETERSELFTUNINGALGORITHMSATISFYTHEDEMANDOFCONTROLOFTRANSMISSIONCONTR01OFSS3BELECTRICLOCOMOTIVEAT1ASTTHEARTICLEMAKEARESEARCHANDDESIGNOFTHETRIALWHICHTHESINGLENEURONPIDPARAMETERSELFTUNINGALGORITHMHASBEENAPPLIEDTOSS3BELECTRICLOCOMOTIVEMICROCOMPUTERCONTROLCABINETINORDERTOENSURESAFETYOFTHETRAINANDTESTEQUIPMENTINTHECOURSEOFTHEEXPERIMENTANDUNDERINFLEXIBLETESTTIME，AVARIETYOFTRIALPROGRAMSHAVEBEENDESIGNEDFIELDTRIALPROVEDTHATTHEAPPLICATIONOFSINGLENEURONPIDPARAMETERSELFTUNINGALGORITHMINSS3BELECTRICLOCOMOTIVECONTR01SYSTEMALLOWSTHEDESIGNREQUIREMENTSOFPERFORMANCEOFMICROCOMPUTERCONTROLCABINETKEYWORDEIEETRICLOCOMOTIVE，MICROCAMPUTERCONTROICABINET，PID，SINGIENEURON，TRIA西南交通大学曲南父逋大字学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1保密口，在年解密后适用本授权书；2不保密函使用本授权书。请在以上方框内打“4”嚣鬻景夕印，1V日期孑VR6考西南交通大学硕士研究生学位论文第6页在以往的韶山系列相控电力机车中，电子控制回路对机车特性的控制一图22转向架单元调压电路般采用速度环和电流环相结合的双闭环控制方式，电压限制环节作为辅助控制，控制框图如图23所示。图23韶山系列电力机车调节控制框图在图23中，由司机手柄给出的指定速度与检测出的机车实际速度比较，得出当前控制所需的牵引值或制动值。该值经过速度调节器运算后送入电流控制部分作为控制给定值，与机车的实际牵引或制动电流值相比较，再经过电流调节器运算后得出整流桥的电压控制值。脉冲形成环节负责执行，进而控制整个机车的主回路工作状态。电压限制器环节仅在电机端压达到限制值时，采取相应措施抑制整流桥的电压控制值继续增大，平时不起作用。机车通过速度、电流、电压三个闭环的不断调节来控制机车速度，进而达到司机手柄所给定的速度要求。根据机车控制的要求，目前大多数电力机车采用了电流调节器和速度调节器相结合的双闭环串级调节系统进行控制。如图23，在此系统中，速度反馈是主反馈，而电流反馈则是局部反馈。电流反馈可以保证系统在起动时西南交通大学硕士研究生学位论文第7页以所需的最大起动电流作恒流起动控制，可大大缩短系统起动时间，是起动频繁的调速系统经常使用的调节方式。当起动过程结束，系统速度达到给定速度时，速度调节器发挥作用，使调速系统维持在给定速度上运行。此外，这种调节系统对接触网电压波动的抗干扰性能较强。当接触网电压波动，将引起整流电路随之发生变动，继而引起牵引电动机电流的变化。但由于具有电流反馈，电流调节器将迅速产生调节，从而抵消接触网电压波动的干扰，减少速度的波动。由于列车的机械惯性很大，如果没有电流反馈和电流调节器，那么只有在接触网电压的波动引起列车速度发生变化之后，利用速度调节器产生控制作用去抵消接触网电压的扰动作用，这样势必会造成调节作用较大延迟而导致速度的波动较大。这种采用电流与速度两个调节器提高抗干扰性能的自动调节系统称为串级调节系统【281。这种串级调节系统的特点是电流与速度两个参量可以分别进行调节，而不致互相干扰，调整较为方便。系统的静态误差较小，静态精度高。在图23中，由于机车牵引工况与制动工况电机励磁方式经常改变，导致速度调节在不同工况其控制方法也会有所不同。牵引工况时，电能经受电弓、主断路器进入机车主变压器，然后经硅机组整流得到的直流电压驱动直流脉流电动机运转，达到牵引列车运行的目的；制动工况时，牵引电动机由串励变为他励方式，电枢绕组与他励绕组分别与各自的相控桥并联，牵引电动机按发电机方式运行，发出的电能以热能的形式消耗在制动电阻上，从而达到减速的目的。SS3B型电力机车牵引、制动工况主电路简化如图24所示。图中符号说明如下，D一电机电流，一制动电流，F一励磁电流牵引工况下，FI。U。一硅机组整流输出端电压E一电机端电压由图24得出，牵引电机电枢电流，。和牵引电机端电压分别可以用下面公式表达仁竿21ECOND22西南交通大学硕士研究生学位论文第8页其中R主电路阻抗总和，一般在0OL01Q之间。C电机常数O电机磁通量A牵引工况PKB制动工况图24SS3B型电力机车牵引、制动工况主电路简化示意图在式22中C60UCC1237理一，CI丛2460A电机磁通量中主要取决于电机的励磁电流，串励电机牵引时，FL。1、，1任务名标识，首字母大写，不属于任何任务用O，中断函数用I2函数标识，首字母大写，不属于子函数不写3变量标识，首字母大写4共享S，首字母大写条件编译命令DEBUGDISPLAY允许显示调试信息DEBUGDISPLAY一允许显示调试信息WARINGDISPLAY允许显示警告信息WARINGDISPLAY一允许显示警告信息ERRORDISPLAY允许显示错误信息ERRORDISPLAY一允许显示错误信息西南交通大学硕士研究生学位论文第49页中断处理优先级设置优先级L3267408910114331SS3B型电力机车微机控制柜信号采集任务的软件实现SS3B型电力机车微机控制柜信号采集任务的ADC数据滤波采用平均值滤波，采样选择5个值，滤波周期为10MS，恰好等于桥式整流后纹波的周期，使得对纹波滤除效果最好。其中信号过载包括电机过载，励磁过载，次边短路，制动过载，超速。ADC每次采集4个通道，模拟开关切换4次，可以采集16个通道由7定时器1产生定时中断触发ADC采集，在每个定时中断到来时采集ADC数据，然后触发下一组ADC采集，每次采集的数据都放入FIFO，所有通道采集完一遍后，再发邮箱通知信号采集任务处理ADC数据。其中定时器L中断处理程序使用的变量和数据结构01XXXXRRRRRTTRO1孚EEAL212ETT名MMGNNNNNCRR殳IIPAAAAA2AA蕾TTFCCCCCIUU西南交通大学硕士研究生学位论文第50页变量字节数量作用本处理程序第1次启动标志I1上次IO稳定数据41本次10稳定数据4I10稳定状态4X110计数器I3210处理标志I1轮对转动一周产生146个脉冲，测速量程03160KMH，新动轮时，对应测速脉冲周期为3228MS605US，采样计数嚣采用32位计数器，采样周期不能小于2倍最大测速脉冲周期，暂定采样周期为300MS，定时器1进入中断即将结束时，给速度采集计数器循环L，每次到阀值时停止采集，复位后到0值时取数据，并开始新一轮速度采集，采集的数据放入FIFO，因为速度采集的周期比较长，而且产生干扰的可能性小，因此考虑不对速度量滤波。速度采集有以下特性1门控时长最小值被测周期2门控开始时闻与计数开始时间的时间差最长值被测周期2其中FIFO的单元结构如图44所示。M_一霸蕊纂J；器豳爨嚣誉鹱萋_一IJ2；搿羔譬燕，I瓣TYPETYPEIBYTECH1BYTEADC2BVTEFIFO的结构定义为TYPEDEFSTRUCTINT8UTYPE图44FIFO单元结构西南交通大学硕士研究生学位论文第51页INT8UCHINTL6UADCATADCTYPEDEFSTRUCTINT8UTYPEINT8UCHINTL6UDATAATSPD_TTYPEDEFSTRUCTINT8UTYPEINT32UDATAATIOTTYPEDEFUNIONINT8UTYPEATADCJADCATSPDTSPDATIOTIOATDATACELLJTYPEDEFSTRUCTINT8UHEADINT8UENDATDATACELLJFIFODATAATFIFOSIZEATFIFO_T4332SS3B型电力机车微机控制柜特性控制任务的软件实现根据司机控制指令计算出牵引制动时电机控制所需要的电流指令。该任务主要完成的工作有牵引特性形成计算，制动特性形成计算，给定积分跟踪环节，粘着限制环节，制动附加限制环节。其中司机指令的传递，采用模西南交通大学硕士研究生学位论文第52页拟信号采集任务中的方式，使用一个代表司机控制指令的全局变量，在任何时候都存放司机的最新控制指令，这样可以减少用信号量或消息队列同步时所带来的一些问题如等待时延，同步实现等，不过在对全局变量进行访问时必须进行互斥。其中牵引特性形成函数主要完成接收司机控制器的牵引级位指令取四个司机控制器最大牵引级位指令值。采集机车速度信号牵引工矿取1、3；4、6轴的最小速度，制动工矿取其最大值；速度信号的比例为LV20KMH。根据速度和司机指令级位计算牵引电流指令，三呈赫一45V，式中N为牵引级位，V为速度KMH，I为牵引电流A。函数定义为INTL6UQYTXINT8UTXOYJW，INTL6UTXQY_MISPINT8UTXQYJW司机牵引级位指令INTL6UTXOY_MISP最小速度信号返回牵引电流指令1值函数原型为L木木术木术术丰宰术拳木木爿C宰木术木车木术木牢木木术术木木宰LI丰；I木木爿C术木丰爿每术术I丰宰术半术术木函数原形TXQYTX,Z2能牵引特性形成函数K口参数TXQYJW为牵引级位指令木TXQY_MINSP为机车最小速度信号牛全局变量宰调用的函数IC返回值牵引电流指令1值木牢丰木LC木掌爿C牢半术木术木木木丰木木I，I牢木术术爿C木木术I术牟I木木IC木木车牢木ICI木木冰木木宰木事木INT32UTXQYXXINT8UTXQYJW，INTL6UTXQYMINSP；制动特性形成函数主要完成夺接收司机控制器的制动级位指令取四个司机控制器的最小值作为制动指令。令采集机车速度方法同牵引。西南交通大学硕士研究生学位论文第53页令速度小于最小制动速度时，输出0值，电制动力解除级位小于10或者大于110时，输出0值电制动力解除令根据速度和制动指令计算制动电流指令，Z篓5V一4551，式中，为制动电流电枢电流SS6BP15指令A，N为制动级位，V为速度KMH。函数原型为宰I木木掌木幸水爿木术I木I木I木I木木木木木IC丰木木宰水唪半L木术丰木木术术木卑木木木宰LC木术木术木木函数原形TXZDTXO木功能制动特性形成函数K口参数TXZDJW制动级位指令宰TXZDMAXSP机车最大速度信号宰全局变量木调用的函数丰返回值制动电流指令1值木术术L术木木术爿C拳术宰宰半术木木I丰木I丰木木ICIC木木木木木半术I丰木木木木木术木木木术木宰丰L丰木丰INT32UTXZDTXINT8UTXZD_JW，INTL6UTXZDMAXSP；作为缓冲环节，给定积分跟踪函数可以防止由于给定突变而引起电流冲击。给定为上升突变时，上升速率最大为_DI,125VS，实际电流上升率为DF125AS。给定为下降突变时，下降速率最大为华273VS，实际电流下降率为273AS。当准备信号为0V时，此环节输出始终为0。给定积分跟踪函数的函数原型II木宰L牢木木木木丰木木术木宰术I车木半车I木L木丰木丰木爿C木I术宰木术术I木L木木术术术车术木水丰木函数原形TXJFGZ车功能积分跟踪特性形成函数,K口参数TXJFIIN输入电流指令宰TXJFIBF指向前次输出电流指令的指针木TXJFTIME周期木全局变量宰调用的函数西南交通大学硕士研究生学位论文第54页木返回值流指令2值宰宰车木木幸宰木木木枣木木木水木爿C木木木木木木木木木掌木木木木木爿C木爿C木木宰牢I木半木丰I木木木术木车木INT32UTXJFGZINT32UTXJFIIN，INT32UTXJFIBF，INTL6UTXJFTIME；粘着限制函数主要完成令采集转向架当前的电枢电压值。夺计算电流限制线，当前的牵引电流不应该超过现在这个电流I7500147U肘，式中I为粘着限制电流，UM为电机电压。令将牵引电流和限制电流进行比较取其最小值作为控制指令其函数原型为木丰术I宰术术木宰术I木木木木枣木木丰木木木幸木木宰木爿C车木IC宰枣木水车木水爿木术IC宰木木宰木木I木木木函数原形TXNZXZ0幸功能粘着限制函数木入口参数TXNZIIN输入电流指令卑XNXUM当前电机电压木全局变量幸调用的函数木返回值牵引电流料木木木|C木木宰术宰幸I拳术丰I木IL木丰II木牢术木丰爿丰木木木木木宰木木木木木IC丰水木IC丰术爿木爿CINT32UTXNZXZINT32UTXNXIIN，INTL6UTXNXUM制动附加限制函数主要完成得到制动电流指令由制动特性计算得到设定最大制动电流计算出机车高速运行时的制动电流限制IZFV夺取以上三者的最小值作为机车的实际制动电流其函数原型为术木I木木术丰IC宰木术术木L爿术半L爿C木爿CL木木水术术木木L木丰木II术术术木IC牢爿C木木木木爿CI爿CL宰朱函数原形TXZDXZ0木功能制动附加限制函数宰入口参数TXZXIIN输入电流指令宰TXZXMAXSP机车最大速度木TXZXMAXZI最大制动电流限制木全局变量西南交通大学硕士研究生学位论文第55页木调用的函数木返回值制动电流料爿C爿【木丰丰木木枣木木木木L术丰木牢丰木爿术木爿C爿C木木车木术，IC掌宰爿车术牢，I丰木半宰爿木木丰木丰木木木INT32UTXZDXZINT32UTXZXIIN，INTL6UTXZXMAXSP，INT32UTXZX_MAXZI；4333SS3B型电力机车微机控制柜综合实时控制任务的软件实现SS3B型电力机车微机控制柜综合实时控制任务主要有防滑防空转控制、转向架控制和脉冲控制。防空转、防滑行控制使机车运行在尽可能大的粘着附近，可以保证机车在任何轨面条件下启动、加速、制动不擦伤轮轨，不发生牵引电机超速。防空转滑行控制完全由软件实现，消除了由硬件控制时引起的不可靠因素。控制特性一致性好，控制参数的调整和控制方式的修改较方便。特性插件根据当前架两路速度信号计算出速度差AV，加速度Y，加速度变化率Y”等信号，按各自的动作阀值削减牵引电机电流校正信号，先按预定的时间特性作高速校正，梯度约为25KAS，空转、滑行被强烈抑制后，立即以约2KAS的速率恢复，回升到原始给定值85左右，再以20AS的速率缓慢上升，寻找下一个粘着极限值，用这种方法使轮对在较高的粘着值附近运行。另一个重要环节是给定电流记忆。每当当前转向架轮对空转一次，该环节输出值立即降低10左右，并以约15AS的速度自行恢复。若连续发生空转，则每次都是在瞬时值基础上降低10，直到下限允许值为止，仍以慢速率恢复。判断空转的函数原型为术宰木I木L木I木术丰木木术爿C术爿C术宰术ICLL术木木木I术木术I丰术木木丰丰木木木木木水爿木术木木木木卑函数原形PTPNDKNZ0木功能计算并判断是否出现滑行或空转的函数木入口参数DSTIME速度采样周期MSSPDL轮对1速度SPD3轮对3速度PDMODE判断模式O全判断，1不判断速度差木全局变量木调用的函数宰返回值0没有空转1有空转西南交通大学硕士研究生学位论文第56页I木木木木IC木丰丰木术木术宰木木木木术爿C木车木木木宰宰LCI木宰爿C卑木丰木宰木术幸术术丰术半术爿C木木木木木INT8UPTPNDKNZINTL6UDSTIME，INTL6USPDL，INTL6USPD3，INT8UPDMODE移相角控制函数主要用于分配和计算3段桥和励磁桥的控制脉冲，达到控制整流桥的目的。其控制方法为1在励磁工况时，本函数通过励磁控制电压指令和网压值，计算出励磁桥的移相角，并控制励磁桥。2在牵引工况时，本函数通过电枢控制电压指令和网压值，计算出3段桥各分配多少移相角，并控制3段桥。在电枢控制电压由D,N大时作如下控制先开2段小桥；2段小桥满开放后，再关闭2段小桥，开1段大桥；L段大桥满开放后，接着开2段小桥；L段桥和2段桥都满开放后，最后开3段小桥。3在零位或异常工况时，封锁所有脉冲输出。移相角控制函数的处理原则及过程如下1移相角口与平均输出电压的关系设输入电压YASINCA，则半周期内在移相角的控制下平均电压为三川厶INATDTUSINATDT丝“厶SIN甜出二L彳竺I么甜出丁FJ2缈FJ丝COS一ATCOSCOT。兰1COSOSOSCOTOS叻一。一LL口TOO、2”万、7其中口ATO，OX2石2牵引工况电压分配采用经济桥分配原则首先调节小桥1A3X3，使直流输出电压由O平滑调节，直ND,桥晶闸管全导通。再4关闭小桥，调节大桥ALX1，使直流输出电压由LUD平滑调节，直到大桥晶闸管全导通。最后调节小桥1B3一X3，使直流输出电压由；UJUD平滑调节，直到小桥2晶闸管全导通。4其移相角具体运算公式如下西南交通大学硕士研究生学位论文第57页口CCOS警一1呸180。UUADJLIMDN上饱和限制下饱和限制65535LIMUPLIMDN0饱和限制差累加最大值饱和限制差累加异常标志BIT4误差累加值上饱和BIT3误差累加值下饱和BIT2输出值达到上饱和限制BITL输出值达到下饱和限制PI控制器数据结构PID函数原型为术宰I爿丰木木木车I木木木木宰水木木枣木术爿宰木木车卑半丰宰木丰L木IC丰术木牢木I木半宰木I丰术木木爿【木函数原形PTPID0木功能PID计算函数木入口参数PTPIDSTRPID结构宰PTPIDDATLN输入数据木PTPIDDATFB反馈数据宰PTPIDTIME采样周期木全局变量木调用的函数西南交通大学硕士研究生学位论文第62页丰返回值输出值料木宰木宰枣木木木半木木L木车木掌宰木木木木木I木宰木木木木木木木木爿C木术木宰I术术I术丰宰木爿C木木木INTL6UPTPIDPTPID_STRPTPIDSTR，INTL6UPTPIDDATLN，INTL6UPTPIDDATFB，INT8UPTPIDTIMEPID函数的结构定义为TYPEDEFSTRUCTINT32SINT32SINT32SFP32FP32FP32INT32SINT32SINT32SINTSUEIBFEADBFEADMAXKPKIKDUADJLIMUP；LIMDN；ERR前次误差值前次误差累加值误差累加限制必须小于214748364710一30001021474536此值为比例参数此值为积分参数此值为微分参数控制量基准LIMUPUADJLIMDN上饱和限制下饱和限制65535LIMUPLIMDN0异常标志BIT4误差累加值上饱和BIT3误差累加值下饱和BIT2输出值达到上饱和限制BITL输出值达到下饱和限制PTPIDSTR；PID控制器数据结构单神经元PID参数自整定函数原型为木IC术术枣木木术木木术车丰术术木木爿C木木木木木丰丰半丰木L木木宰木木L丰术木木誊术术木木爿C宰术爿木丰术车函数原形PTNPID宰功能单神经元PID参数自整定计算函数宰入口参数PTNPID_STRPID结构术PTNPIDDATIN输入数据木PTNPIDDATFB反馈数据宰PTNPID_TIME采样周期木全局变量术调用的函数西南交通大学硕士研究生学位论文第63页IG同值输出值，宰宰木爿木宰术丰木书木木牢宰丰丰IC木木木木木木木木木木术木宰丰卑IC丰木宰木木术半木LI术IC术宰木木木术木INTL6UPTNPID阻NPIDSTRPTNPIDSTR，INTL6UPTNPIDDATIN，INTL6UPTNPIDDATFB，INT8UPTNPID_TIME单神经元PID参数自整定函数结构定义为TYPEDEFSTRUCTINT32SEIBFINT32SEADBFINT32SEADMAXFP32KCFP32KPFP32KIINT32SUADJINT323LIMUPINT32SLIMDNINT8UERRPTNPID_STR前次误差值前次误差累加值误差累加限制必须小于214748364710一30001021474536此值为比例系数此值为学习速率此值为学习速率控制量基准LIMUPUADJLIMDN上饱和限制下饱和限制65535LIMUPLIMDNO异常标志BIT4误差累加值上饱和；BIT3误差累加值下饱和BIT2输出值达到上饱和限制BITL输出值达到下饱和限制单神经元PID控制器数据结构西南交通大学硕士研究生学位论文第64页第5章试验与总结51电力机车试验情况电力机车在出厂之前都需要进行一系列的试验，以检测电力机车的运行性能和质量。这些试验按照性质可分为工厂试验、调整试验、牵引运行试验、动力强度试验四种蝌】。根据具体需要也可以进行其他一些试验项目。其中工厂试验对每台出厂的电力机车都是需要进行的。其目的是为了检查出厂的电力机车是否满足设计和工艺上的要求和技术支持，同时也是为了获得牵引电动机、辅助机组、牵引电器等主要设备及电力机车本身的某些数据。调整试验主要是为了牵引运行试验做好前提准备。其一般是将新试制的电力机车或者经过重大修改的旧系列电力机车在线路上带电运行一段时间，以检查其机械部分与电气设备工作是否正常。不正常，及时消除障碍。调整试验后进行的是牵引运行试验。通过牵引运行试验，可得出电力机车实际工作性能，并发现设计制造中所存在的问题，以便及时修改。动力强度试验主要是研究分析电力机车在静态和动态下机械部分的应力分布和电力机车运行时的动力学问题。动力强度试验有时还结合线路试验同时进行，以考察电力机车运行时对线路的影响畔J。本次SS3B型电力机车微机柜试验主要属于牵引运行试验范畴，电力机车牵引运行试验的主要内容有【64】1电力机车的运行阻力试验。2电力机车牵引与制动特性试验。3测定牵引电动机的磁场消弱系数，对于整流器电力机车来说，一并测定牵引电动机的电流脉动系数。4粘着系数的测定。5牵引电动机引燃管的负荷分配与电压分配试验。6牵引电动机的整流试验。7牵引电动机的温升试验。8变压器温升试验。9检查变压器调压开关的工作情况。10各运行级的牵引试验。西南交通大学硕士研究生学位论文第65页11检查接触网电压波动时电力机车的工作情况。12启动和制动电阻的发热检查。13直流电力机车牵引电动机组合转换时过渡过程的分析。对于SS3B型电力机车微机控制柜的试验主要完成牵引与制动特性试验、各运行级的牵引试验和直流电力机车牵引电动机组合转换时过渡过程的分析。52SS3B型电力机车微机控制柜试验总结SS3B型电力机车微机控制柜自研制成功以来，已经在实验室环境中测试了整机控制功能参数，并进行了高温75、低温25各8小时的运行考核试验，未出现异常现象。在成都铁路局机务段的两次实际装车试验中，也表明系统各项功能性指标达到预期设计要求。随后，针对装车试验现场出现的一些具体情况，对部分插件的硬件结构与软件进行了优化，研制出2号样机。在成都机务段相关人员的指导、配合与参与下，2号样机在韶山3型4535号电力机车上装车，实际上线试运考核。试验证明SS3B型电力机车微机控制柜多项性能指标符合电力机车传动控制系统的要求。最后，针对2号样机在现场试验中出现的牵引电机电枢电流的异常，对电力机车的传动控制单元设备的检查和微机柜的软件系统和控制算法进行改进之后，再次进行了上线试运考核，经试验验证单神经元PID参数自整定算法在SS3B型电力机车微机柜中的应用优于经典PID控制。在牵引启动过程中，牵引电机的电枢电流上升快速而平稳，没有出现电流巨大抖动和冲击。相对于经典PID控制时，微机控制柜的控制性能具有明显提高，标志着电力机车微机控制柜的研制取得新的突破。53存在的问题与改进由于时间和多种因素的制约，单神经元PID参数自整定算法在SS3B型电力机车上的应用研究还存在一些不足和改进之处，归纳如下1根据电力机车传动系统的特点，对单神经元PID控制的比例系数进行优化，对其各个变量的变化范围也需要优化。2对单神经元PID控制在SS3B型电力机车微机控制柜中实现的西南交通大学硕士研究生学位论文第66页软件代码进行优化，提炼出更好、更精简的代码，以提高系统的运算速度和效率。3改进试验方法。可综合运用实时监控软件进行在线实时监控和调整各调节器参数，并保证试验过程中的安全性。4应提前做好现场试验方案的设计和应急措施。面对现场试验可能出现的问题而制定和设计的现场试验方案将大大缩短产品试验周期，提高产品质量。西南交通大学硕士研究生学位论文第67页第6章展望电力机车的传动方式由直流传动转向交流传动已是一个不可逆转的趋势，目前在世界范围内高速列车牵引技术几乎全部采用了交流传动技术。展望未来，交流传动机车必将成为21世纪新的霸主【6锄61。交流电动机以其功率大、结构简单、高可靠性以及天然的防滑防空转能力，奠定了拓展交流传动系统的良好基础。随着现代电力电子技术的迅猛发展，新型电力电子器件不断问世，为交流传动打下了坚实的物质基础。而现代控制理论，特别是现代智能控制理论，作为交流传动系统的重要武器，很大程度提高了交流传动系统的性能。电力机车交流电传动技术的不断成熟，使其真正成为所有新机车动车的标准6。PID控制器参数自整定技术是目前十分热门的研究课题，一是过程特性的获取，二是控制器参数的优化。一般来说，需要在线获取过程特性，而控制器参数优化，则在线、离线均可，但对于实际控制系统来说，系统运行工况总是随着生产负荷、设定工况及环境因素变动而变化，因此，要保证控制系统在各种工况下均能优化运行，必须采用参数在线自整定技术【6引。单神经元PID参数自整定算法即是一种参数在线自整定方法，其不仅算法结构简单，计算量小，而且具有神经网络和PID控制方法的多种优点，使系统响应快速，抗干扰能力强，不整定参数少，使得现场试验整定其参数方便、易操作。单神经元PID参数自整定算法的这些优点促成了其在SS3B型电力机车传动控制系统中的应用，也必将为我国新一代电力机车传动控制技术所吸引和奠定基础。西南交通大学硕士研究生学位论文第68页致谢在攻读硕士研究生的日子里，我得到了众多师长、同学和亲戚朋友的热情帮助和支持。在此，一并向你们表示衷心的感谢。首先，我要感谢我的导师王玉松副教授，王老师渊博的知识、严谨的治学态度和敏捷的洞察力使我受益匪浅，时时刻刻激发着我，让我学习到了很多治学治研的严谨态度和科学研究的方式方法。王老师正直、宽厚的为人更使我终生难忘，在硕士学习期间，王老师在学习上给予我许多宝贵的建议和指导。同时，在生活中也给予了我无微不至的关怀和帮助，在此，请允许我向您表示最崇高的敬意和衷心的感谢在此，我要感谢何鸿云研究员，何老师严谨的工作作风，渊博的学识，孜孜不倦的科研态度和高尚的人格深深影响着我，并将永远激励我在日后的学习工作中不断奋斗，前进。在学习期间，何老师的信任和鼓励让我能够更加自信的面对困难。衷心感谢何老师给我提供良好的学习环境以及学习和生活中给予我的无私关怀和帮助。感谢李家武副教授，李老师严谨的工作态度、渊博的知识和丰富的经验让我终生难忘，感谢李老师在工作学习和生活中给予我的无私帮助和指导。感谢智能控制与仿真工程研究中心的周美玉教授、朱金陵高工、陈安邦老师、许志淳老师以及其他给予过我帮助和指导的老师。感谢阮玉华、张玉平、周跃峰、欧阳剑、梁峰、蔡冰冰、李宏渊、黄亮、胡峰、许小飞、牛亚飞以及其他各位师兄弟、师姐妹陪我渡过了愉快的研究生生活，并给予了许多关心与支持。感谢运达公司给我提供了良好的实践机会，同时也感谢运达公司所有给予过我关怀和支持的同事。最后，在论文结束之际，我要特别感谢我的父亲、母亲、哥哥以及两个姐姐和你们的爱人，是你们一如既往的关爱、鼓励和支持给予了我克服困难的信心和勇气。感谢所有关心和支持我的亲戚朋友。、西南交通大学硕士研究生学位论文第69页参考文献电力机车HTTPWWWCHNRAILWAYCOM陈春阳我国电力机车控制技术的发展与未来机车电传动1998，5，6谭永红基于BP神经网络的自适应控制J】控制理论与应用，1994，L118487ZIEGLERJGNICHOLSNBOPTIMUMSETTINGFORAUTOMATICCONTROLLERJTRANSASME1942648759768COHENGHCOONGATHEORETICALCONSIDERATIONOFRETARDEDCONTROLJTRANSASME，1953，75827834王伟，张晶涛，柴天佑PID参数先进整定方法综述J，自动化学报，2000，263347355ASTROMKJ，HAGGLUNDT，WALLENBORGAAUTOMATICTUNINGOFPIDCONTROLLERSRESEARCHTRIANGLEPARK，NORTHCAROLINAINSTRUMENTSOCIETYOFAMETICA，1988POULINE，POMERLEAUA，DESBIENSA，HODOUINDDEVELOPMENTANDEVALUATIONOFANAUTOTUNINGANDADAPTIVEPIDCONTROLLER,AUTOMATICA，1996，3217182ASTROEMKJ，HANGCC，PERSSONP，HOWKTOWARDSINTELLIGENTPIDCONTROL，AUTOMATICA，1992，28119YUSOFR，OMATUS，KHAILDM，SELFTUNINGPIDCONTROLAMULTIVARIABLEDERIVATIONANDAPPLICATION，AUTOMATICA，L994，301219751981SCHEITSAUTOMATICTUNINGOFPIDCONTROLLERSBASEDONTRANSFERFUNCTIONESTIMATION，AUTOMATICA，1994，301219831989VODAAA，LANDAULD。AMETHODFORTHEAUTOCALIBRATIONOFPIDCONTROLLERS，AUTOMATICA，1995，3L14L一53LORDONLTUNINGOFPIDCONTROLLERSBYTHENONSYMMETRICALOPTIMUMMETHOD，AUTOMATICA，1997，331L03107PARKJH，SUNGS、M，ANDLEEIBIMPROVEDRELAYAUTOTUNINGWITHSTATICLOADDISTURBANCE，AUTOMATIC1997334711715HOWK，HONGY，HANSSONA，HJALMARSSONH，DENGJWRELAYAUTO1J1J1J1J1J1J妇幻胡铂司明刀踟MN屹坞M惦RLRLRLRLRLRLRLRLRURLRLRLRLRLRL西南交通大学硕士研究生学位论文第70页TUNINGOFPIDCONTROLLERSUSINGITERATIVEFEEDBACKTUNING，AUTOMATICA，2003，391149157一KHUENHOWENG，CHIEHHANGCHANG，CAOLISHENGSTUNINGOFPIDCONTROLLERSBASEDONGAINANDPHASEMARGINSPECIFICATIONSAUTOMATICA，1995，313497502HOWK，LIMKW，XUW，OPTIMALGAINANDPHASEM撕GILTUNINGFORPIDCONTROLLERS，AUTOMATICA，1998，3481009一LO14LIUGE，DALEYSOPTIMALTUNINGPIDCONTROLFORINDUSTRIALSYSTEMSCONTROLENGPRACTICE，2001，91111851194LEED，ALLANJ，THOMPSONHA，BEENNETTSPIDCONTROLFORADISTRIBUTEDSYSTEMWITHASMARTACTUATORCONTROLENGPRACTICE，2001，91112351244BERGERMSELFTUNINGOFAPICONTROLLERUSINGFUZZYLOGICFORACONSTRUCTIONUNITTESTINGAPPARATUSCONTROLENGPRACTICE，1996，46785790ASTROMKJ，HAGGLUNDTTHEFUTUREOFPIDCONTR01CONTROLENGPRACTICE，2001，91111631175ANGKH，CHONGG，LIYPIDCONTROLSYSTEMANALYSIS，DESIGN，ANDTECHNOLOGYIEEETRANSONCONTROLSYSTEMTECH，2005，134559576WANGPKWOKDPOPTIMALDESIGNOFPIDPROCESSCONTROLLERSBASEDONGENETICALGORITHMSIEEETRANSONCONTROLSYSTEMTECH，1994，24641648陈建勤，陈来九一种新的PID调节器参数自整定方法J控制与决策，1993，811318柴天佑，张贵军基于给定的相角裕度和幅值裕度的PID参数自整定新方法J自动化学报，1997，232167172汪洋，褚健一种基于递推参数估计的PID参数自整定方法J信息与控制，1996，3182185朱仲邃智能PID控制方法综述J内江科技，2005，342刘友梅主编韶山3型4000系列电力机车北京中国铁道出版社，2000SS3BHTRPBAIKEBAIDUCORN赵叔东韶山8型电力机车北京中国铁道出版社，2001