恒張力放線車參數(shù)測(cè)試以及張力控制分析

徐科峰

摘 要：恒張力放線車在鐵路建設(shè)中具有很重要的作用，本文簡(jiǎn)述兩代接觸網(wǎng)恒張力放線車的工作原理，并在此基礎(chǔ)上介紹了張力工作參數(shù)以及控制模型。

關(guān)鍵詞：分析；輸入；下降；靈活

近些年，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，鐵路建設(shè)速度也是越來(lái)越快，但是鐵路一些關(guān)鍵設(shè)備的發(fā)展還是嚴(yán)重滯后，這樣不僅影響了人們生活舒適度，也嚴(yán)重影響了國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。鐵路建設(shè)應(yīng)該更加趨向于電氣化以及高速化。鐵路中應(yīng)用的接觸網(wǎng)具有提供電能的作用，其技術(shù)的發(fā)展嚴(yán)重關(guān)系到鐵路建設(shè)的智能化以及高效化。為保證有較好的受電效果，需要保證鐵路接觸網(wǎng)架設(shè)時(shí)張力不變，恒張力放線車能夠保證接觸網(wǎng)架設(shè)張力恒定。

1 接觸網(wǎng)恒張力放線車工作原理分析

1.1 之前研制的恒張力放線車其主要部件有張力控制儀器、有軌道平板車、放線盤(pán)、線索張力鎖加滾筒、線索張力施加滾筒制動(dòng)器、放線盤(pán)制動(dòng)器等組成。恒張力放線車工作原理可以概述為線索通過(guò)放線盤(pán)、張力施加盤(pán)到達(dá)測(cè)力盤(pán)后放出。張力基準(zhǔn)可以經(jīng)過(guò)測(cè)力盤(pán)上面活塞提供，反饋油缸在測(cè)力盤(pán)活動(dòng)時(shí)可以收縮，制動(dòng)油缸的壓力隨之改變，液壓反饋系統(tǒng)可以及時(shí)控制制動(dòng)裝置，這樣就能夠有效控制好張力。

1.2 改進(jìn)接觸網(wǎng)恒張力放線車工作原理以及功能分析

為了提高放線車的數(shù)字化以及自動(dòng)化水平，新式接觸網(wǎng)恒張力放線車的液壓裝置控制系統(tǒng)添加了液壓馬達(dá)以及性能更加優(yōu)越的比例電磁閥，其控制部也采用了智能化以及自動(dòng)化的新技術(shù)。通過(guò)在工控機(jī)輸入端輸入張力值，這樣比例電磁閥就可以保證穩(wěn)定的壓力輸出，放線張力、設(shè)定張力值以及油壓參數(shù)可以讀出來(lái)。改進(jìn)型接觸網(wǎng)恒張力放線車其工作原理是在作業(yè)之前，先將線索取出，然后使其經(jīng)過(guò)張力機(jī)構(gòu)的摩擦盤(pán)，并在摩擦盤(pán)上纏繞幾圈，從張力機(jī)構(gòu)的摩擦盤(pán)出來(lái)后再經(jīng)過(guò)張力測(cè)試盤(pán)，最后從測(cè)力盤(pán)引出。張力機(jī)構(gòu)主要是用來(lái)控制線索張力的強(qiáng)度，線索運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的摩擦力，這樣線索和摩擦盤(pán)就可以保持相對(duì)靜止，不會(huì)出現(xiàn)溜滑現(xiàn)象。液壓馬達(dá)的齒輪與摩擦盤(pán)的齒輪相互連接，摩擦盤(pán)以及線索運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)液壓馬達(dá)來(lái)控制。線索具體張力數(shù)值可以通過(guò)張力傳感裝置測(cè)量，這個(gè)傳感裝置設(shè)置在測(cè)力盤(pán)上，這樣便于讀數(shù)和控制。張力數(shù)值輸入進(jìn)工控機(jī)之后，機(jī)器將會(huì)對(duì)比測(cè)得數(shù)值與原設(shè)定值，如果測(cè)得值較小，通過(guò)工控機(jī)增大比例電磁閥開(kāi)度，可以有效調(diào)整液壓馬達(dá)輸出力矩，從而線索張力大小會(huì)趨向于設(shè)定值大小，如果實(shí)際值偏大，那么工控機(jī)情況就會(huì)相反。下面以一副簡(jiǎn)圖描述張力控制回路液壓系統(tǒng)的工作流程，如下圖1（張力控制回路液壓系統(tǒng)工作原理圖）。

2 客運(yùn)專線恒張力放線車主要技術(shù)參數(shù)檢驗(yàn)

為了保證線路穩(wěn)定以及施工的安全，在施工過(guò)程中接觸網(wǎng)架線張力的動(dòng)態(tài)范圍控制在8%以內(nèi)，同時(shí)其靜態(tài)范圍控制在±3%以內(nèi)。

針對(duì)于較為常用的TY4B放線車，其放出的繩索張力控制在5KN至30KN之間，并且在放線時(shí)需要加載同樣大小的力，這樣靜態(tài)誤差就可以控制在±3%以內(nèi)，動(dòng)態(tài)誤差控制在±5%以內(nèi)；另外，系統(tǒng)液壓測(cè)量區(qū)間為10MPa以內(nèi)，此時(shí)誤差可以控制在±0.1%以內(nèi)；系統(tǒng)氣壓測(cè)量區(qū)間為10MPa以內(nèi)，此時(shí)誤差同樣可以控制在±0.1%以內(nèi)。

3 張力的PID控制器設(shè)計(jì)分析

在常用的控制系統(tǒng)中，PID控制算法是較為成熟的算法，其主要由控制器以及被控對(duì)象兩大模塊所組成。模擬的PID控制器是把輸入與輸出的偏差值e（t），通過(guò)比例環(huán)節(jié)（P）、積分環(huán)節(jié)（I）、微分環(huán)節(jié)（D）的線性組合作為控制量輸出的?？刂破饕暂斎虢o定值r（t）與被控對(duì)象的實(shí)際輸出值y（t）的偏差e（t）作為輸入。用公式可以表示為：e（t）= r（t）- y（t）

在PID控制器中，數(shù)學(xué)運(yùn)算中的微分、積分、比例控制根據(jù)具體需要而確定，整定控制器參數(shù)可以調(diào)整這幾個(gè)參數(shù)大小而獲得。

比例環(huán)節(jié)：偏差e（t）可以通過(guò)比例環(huán)節(jié)成倍數(shù)的表示出來(lái)。當(dāng)這個(gè)過(guò)程有偏差信號(hào)提示的時(shí)候，控制器就會(huì)立即輸出控制信號(hào)作用于被控對(duì)象，這樣在一定程度上減小偏差。比例系數(shù)Kp可以反應(yīng)出控制作用大小，如果Kp越大，那么控制作用越大，如果Kp越小，那么控制作業(yè)也是越小。比例環(huán)節(jié)存在穩(wěn)態(tài)誤差，如果Kp越大，穩(wěn)態(tài)誤差也是越小，過(guò)大的Kp會(huì)造成系統(tǒng)振蕩，隨著而來(lái)的就是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能下降。

積分環(huán)節(jié)：為消除系統(tǒng)靜差，可以對(duì)積分環(huán)節(jié)的偏差信號(hào)e（t）進(jìn)行積分運(yùn)算。積分系數(shù)T1可以表示積作用的強(qiáng)弱。如果積分系數(shù)T1越大，那么系統(tǒng)靜態(tài)誤差減弱程度也會(huì)更加明顯，隨著T1增大，相應(yīng)過(guò)程也會(huì)出現(xiàn)積分飽和的現(xiàn)象，這樣在一定程度上會(huì)影響相應(yīng)過(guò)程超調(diào)量。但是，如果T1比較小，會(huì)加大系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，勢(shì)必會(huì)影響調(diào)節(jié)精度的準(zhǔn)確性。

微分環(huán)節(jié)：微分環(huán)節(jié)提高系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，在一定程度上減小調(diào)節(jié)時(shí)間，還會(huì)保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。微分運(yùn)算可以得出偏差趨勢(shì)，在偏差信號(hào)變得過(guò)大之前及時(shí)加入校正信號(hào)，不僅可以加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，還可以提高動(dòng)態(tài)性能。上述效果會(huì)受到微分系數(shù)TD的一定影響。在增加超調(diào)量基礎(chǔ)上，可以使調(diào)節(jié)時(shí)間越少。如果TD很小，那么調(diào)節(jié)時(shí)間也會(huì)隨之增加。所以，為使系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間以及超調(diào)量都能夠滿足要求，那么我們一定要選擇合適的TD。這個(gè)環(huán)節(jié)的缺點(diǎn)就是容易受到干擾，也就是它的抗干擾能力比較弱。

隨著信息技術(shù)以及微控制器的廣泛應(yīng)用，一些智能儀器已經(jīng)應(yīng)用到了控制系統(tǒng)領(lǐng)域，用數(shù)字計(jì)算機(jī)代替模擬計(jì)算調(diào)節(jié)器可以組成智能控制系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)可以達(dá)到常用的PID控制算法，因?yàn)槠涓咝Ю昧擞?jì)算機(jī)的邏輯計(jì)算能力，使得PID控制更加靈活多樣。計(jì)算機(jī)通過(guò)采樣時(shí)間偏差值來(lái)計(jì)算輸出控制量，離散式的控制模式能直接應(yīng)用到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。PID控制器的數(shù)字設(shè)計(jì)，這個(gè)時(shí)候需要數(shù)字化處理模擬量，可以得到較好的控制效果。在周期性采用控制系統(tǒng)中，時(shí)間間隔T稱之為采樣周期。為保證信號(hào)完整反應(yīng)采樣信號(hào)的信息，這就要求采樣周期不能過(guò)大。另外，如果考慮到控制技術(shù)角度，那么較小的采樣周期可以保證控制器的精確度。較高的采樣頻率，同樣也會(huì)要求控制器性能更加優(yōu)越，也就是說(shuō)控制器應(yīng)該有強(qiáng)大的計(jì)算性能，為了保存較多的計(jì)算數(shù)據(jù)，同樣也會(huì)要求控制器的存儲(chǔ)能力也要強(qiáng)大。當(dāng)采樣頻率達(dá)到極限值時(shí)，一味地提高采樣頻率，也不會(huì)明顯提高系統(tǒng)性能。所以，在實(shí)際需要時(shí)，我們應(yīng)該綜合考慮，不能只是依靠采樣數(shù)據(jù)大小，而定性。

上面是簡(jiǎn)單介紹了一種張力控制的模型，恒張力放線車參數(shù)變化多樣，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該綜合考慮。目前我們使用較多的是意大利設(shè)計(jì)生產(chǎn)的太斯米克恒張力放線車，其張力盤(pán)控制系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)CMOS系統(tǒng)，每15s會(huì)檢查一遍張力數(shù)值，并自動(dòng)調(diào)節(jié)張力大小，使線索控制張力一直保持在恒定狀態(tài)。隨著科技的進(jìn)步，相信我國(guó)科研人員在夯實(shí)基礎(chǔ)之上，通過(guò)不斷的創(chuàng)新，在恒張力放線車研究方面會(huì)有所建樹(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 安玉濤.淺析接觸網(wǎng)恒張力放線車結(jié)構(gòu)與功能的基本要求[J].石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（06）.

[2] 劉玖林.恒張力放線存在的問(wèn)題及解決方案[J].電氣化鐵道，2007（12）.

摘 要：恒張力放線車在鐵路建設(shè)中具有很重要的作用，本文簡(jiǎn)述兩代接觸網(wǎng)恒張力放線車的工作原理，并在此基礎(chǔ)上介紹了張力工作參數(shù)以及控制模型。

關(guān)鍵詞：分析；輸入；下降；靈活

近些年，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，鐵路建設(shè)速度也是越來(lái)越快，但是鐵路一些關(guān)鍵設(shè)備的發(fā)展還是嚴(yán)重滯后，這樣不僅影響了人們生活舒適度，也嚴(yán)重影響了國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。鐵路建設(shè)應(yīng)該更加趨向于電氣化以及高速化。鐵路中應(yīng)用的接觸網(wǎng)具有提供電能的作用，其技術(shù)的發(fā)展嚴(yán)重關(guān)系到鐵路建設(shè)的智能化以及高效化。為保證有較好的受電效果，需要保證鐵路接觸網(wǎng)架設(shè)時(shí)張力不變，恒張力放線車能夠保證接觸網(wǎng)架設(shè)張力恒定。

1 接觸網(wǎng)恒張力放線車工作原理分析

1.1 之前研制的恒張力放線車其主要部件有張力控制儀器、有軌道平板車、放線盤(pán)、線索張力鎖加滾筒、線索張力施加滾筒制動(dòng)器、放線盤(pán)制動(dòng)器等組成。恒張力放線車工作原理可以概述為線索通過(guò)放線盤(pán)、張力施加盤(pán)到達(dá)測(cè)力盤(pán)后放出。張力基準(zhǔn)可以經(jīng)過(guò)測(cè)力盤(pán)上面活塞提供，反饋油缸在測(cè)力盤(pán)活動(dòng)時(shí)可以收縮，制動(dòng)油缸的壓力隨之改變，液壓反饋系統(tǒng)可以及時(shí)控制制動(dòng)裝置，這樣就能夠有效控制好張力。

1.2 改進(jìn)接觸網(wǎng)恒張力放線車工作原理以及功能分析

為了提高放線車的數(shù)字化以及自動(dòng)化水平，新式接觸網(wǎng)恒張力放線車的液壓裝置控制系統(tǒng)添加了液壓馬達(dá)以及性能更加優(yōu)越的比例電磁閥，其控制部也采用了智能化以及自動(dòng)化的新技術(shù)。通過(guò)在工控機(jī)輸入端輸入張力值，這樣比例電磁閥就可以保證穩(wěn)定的壓力輸出，放線張力、設(shè)定張力值以及油壓參數(shù)可以讀出來(lái)。改進(jìn)型接觸網(wǎng)恒張力放線車其工作原理是在作業(yè)之前，先將線索取出，然后使其經(jīng)過(guò)張力機(jī)構(gòu)的摩擦盤(pán)，并在摩擦盤(pán)上纏繞幾圈，從張力機(jī)構(gòu)的摩擦盤(pán)出來(lái)后再經(jīng)過(guò)張力測(cè)試盤(pán)，最后從測(cè)力盤(pán)引出。張力機(jī)構(gòu)主要是用來(lái)控制線索張力的強(qiáng)度，線索運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的摩擦力，這樣線索和摩擦盤(pán)就可以保持相對(duì)靜止，不會(huì)出現(xiàn)溜滑現(xiàn)象。液壓馬達(dá)的齒輪與摩擦盤(pán)的齒輪相互連接，摩擦盤(pán)以及線索運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)液壓馬達(dá)來(lái)控制。線索具體張力數(shù)值可以通過(guò)張力傳感裝置測(cè)量，這個(gè)傳感裝置設(shè)置在測(cè)力盤(pán)上，這樣便于讀數(shù)和控制。張力數(shù)值輸入進(jìn)工控機(jī)之后，機(jī)器將會(huì)對(duì)比測(cè)得數(shù)值與原設(shè)定值，如果測(cè)得值較小，通過(guò)工控機(jī)增大比例電磁閥開(kāi)度，可以有效調(diào)整液壓馬達(dá)輸出力矩，從而線索張力大小會(huì)趨向于設(shè)定值大小，如果實(shí)際值偏大，那么工控機(jī)情況就會(huì)相反。下面以一副簡(jiǎn)圖描述張力控制回路液壓系統(tǒng)的工作流程，如下圖1（張力控制回路液壓系統(tǒng)工作原理圖）。

2 客運(yùn)專線恒張力放線車主要技術(shù)參數(shù)檢驗(yàn)

為了保證線路穩(wěn)定以及施工的安全，在施工過(guò)程中接觸網(wǎng)架線張力的動(dòng)態(tài)范圍控制在8%以內(nèi)，同時(shí)其靜態(tài)范圍控制在±3%以內(nèi)。

針對(duì)于較為常用的TY4B放線車，其放出的繩索張力控制在5KN至30KN之間，并且在放線時(shí)需要加載同樣大小的力，這樣靜態(tài)誤差就可以控制在±3%以內(nèi)，動(dòng)態(tài)誤差控制在±5%以內(nèi)；另外，系統(tǒng)液壓測(cè)量區(qū)間為10MPa以內(nèi)，此時(shí)誤差可以控制在±0.1%以內(nèi)；系統(tǒng)氣壓測(cè)量區(qū)間為10MPa以內(nèi)，此時(shí)誤差同樣可以控制在±0.1%以內(nèi)。

3 張力的PID控制器設(shè)計(jì)分析

在常用的控制系統(tǒng)中，PID控制算法是較為成熟的算法，其主要由控制器以及被控對(duì)象兩大模塊所組成。模擬的PID控制器是把輸入與輸出的偏差值e（t），通過(guò)比例環(huán)節(jié)（P）、積分環(huán)節(jié)（I）、微分環(huán)節(jié)（D）的線性組合作為控制量輸出的。控制器以輸入給定值r（t）與被控對(duì)象的實(shí)際輸出值y（t）的偏差e（t）作為輸入。用公式可以表示為：e（t）= r（t）- y（t）

在PID控制器中，數(shù)學(xué)運(yùn)算中的微分、積分、比例控制根據(jù)具體需要而確定，整定控制器參數(shù)可以調(diào)整這幾個(gè)參數(shù)大小而獲得。

比例環(huán)節(jié)：偏差e（t）可以通過(guò)比例環(huán)節(jié)成倍數(shù)的表示出來(lái)。當(dāng)這個(gè)過(guò)程有偏差信號(hào)提示的時(shí)候，控制器就會(huì)立即輸出控制信號(hào)作用于被控對(duì)象，這樣在一定程度上減小偏差。比例系數(shù)Kp可以反應(yīng)出控制作用大小，如果Kp越大，那么控制作用越大，如果Kp越小，那么控制作業(yè)也是越小。比例環(huán)節(jié)存在穩(wěn)態(tài)誤差，如果Kp越大，穩(wěn)態(tài)誤差也是越小，過(guò)大的Kp會(huì)造成系統(tǒng)振蕩，隨著而來(lái)的就是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能下降。

積分環(huán)節(jié)：為消除系統(tǒng)靜差，可以對(duì)積分環(huán)節(jié)的偏差信號(hào)e（t）進(jìn)行積分運(yùn)算。積分系數(shù)T1可以表示積作用的強(qiáng)弱。如果積分系數(shù)T1越大，那么系統(tǒng)靜態(tài)誤差減弱程度也會(huì)更加明顯，隨著T1增大，相應(yīng)過(guò)程也會(huì)出現(xiàn)積分飽和的現(xiàn)象，這樣在一定程度上會(huì)影響相應(yīng)過(guò)程超調(diào)量。但是，如果T1比較小，會(huì)加大系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，勢(shì)必會(huì)影響調(diào)節(jié)精度的準(zhǔn)確性。

微分環(huán)節(jié)：微分環(huán)節(jié)提高系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，在一定程度上減小調(diào)節(jié)時(shí)間，還會(huì)保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。微分運(yùn)算可以得出偏差趨勢(shì)，在偏差信號(hào)變得過(guò)大之前及時(shí)加入校正信號(hào)，不僅可以加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，還可以提高動(dòng)態(tài)性能。上述效果會(huì)受到微分系數(shù)TD的一定影響。在增加超調(diào)量基礎(chǔ)上，可以使調(diào)節(jié)時(shí)間越少。如果TD很小，那么調(diào)節(jié)時(shí)間也會(huì)隨之增加。所以，為使系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間以及超調(diào)量都能夠滿足要求，那么我們一定要選擇合適的TD。這個(gè)環(huán)節(jié)的缺點(diǎn)就是容易受到干擾，也就是它的抗干擾能力比較弱。

隨著信息技術(shù)以及微控制器的廣泛應(yīng)用，一些智能儀器已經(jīng)應(yīng)用到了控制系統(tǒng)領(lǐng)域，用數(shù)字計(jì)算機(jī)代替模擬計(jì)算調(diào)節(jié)器可以組成智能控制系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)可以達(dá)到常用的PID控制算法，因?yàn)槠涓咝Ю昧擞?jì)算機(jī)的邏輯計(jì)算能力，使得PID控制更加靈活多樣。計(jì)算機(jī)通過(guò)采樣時(shí)間偏差值來(lái)計(jì)算輸出控制量，離散式的控制模式能直接應(yīng)用到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。PID控制器的數(shù)字設(shè)計(jì)，這個(gè)時(shí)候需要數(shù)字化處理模擬量，可以得到較好的控制效果。在周期性采用控制系統(tǒng)中，時(shí)間間隔T稱之為采樣周期。為保證信號(hào)完整反應(yīng)采樣信號(hào)的信息，這就要求采樣周期不能過(guò)大。另外，如果考慮到控制技術(shù)角度，那么較小的采樣周期可以保證控制器的精確度。較高的采樣頻率，同樣也會(huì)要求控制器性能更加優(yōu)越，也就是說(shuō)控制器應(yīng)該有強(qiáng)大的計(jì)算性能，為了保存較多的計(jì)算數(shù)據(jù)，同樣也會(huì)要求控制器的存儲(chǔ)能力也要強(qiáng)大。當(dāng)采樣頻率達(dá)到極限值時(shí)，一味地提高采樣頻率，也不會(huì)明顯提高系統(tǒng)性能。所以，在實(shí)際需要時(shí)，我們應(yīng)該綜合考慮，不能只是依靠采樣數(shù)據(jù)大小，而定性。

上面是簡(jiǎn)單介紹了一種張力控制的模型，恒張力放線車參數(shù)變化多樣，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該綜合考慮。目前我們使用較多的是意大利設(shè)計(jì)生產(chǎn)的太斯米克恒張力放線車，其張力盤(pán)控制系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)CMOS系統(tǒng)，每15s會(huì)檢查一遍張力數(shù)值，并自動(dòng)調(diào)節(jié)張力大小，使線索控制張力一直保持在恒定狀態(tài)。隨著科技的進(jìn)步，相信我國(guó)科研人員在夯實(shí)基礎(chǔ)之上，通過(guò)不斷的創(chuàng)新，在恒張力放線車研究方面會(huì)有所建樹(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 安玉濤.淺析接觸網(wǎng)恒張力放線車結(jié)構(gòu)與功能的基本要求[J].石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（06）.

[2] 劉玖林.恒張力放線存在的問(wèn)題及解決方案[J].電氣化鐵道，2007（12）.

摘 要：恒張力放線車在鐵路建設(shè)中具有很重要的作用，本文簡(jiǎn)述兩代接觸網(wǎng)恒張力放線車的工作原理，并在此基礎(chǔ)上介紹了張力工作參數(shù)以及控制模型。

關(guān)鍵詞：分析；輸入；下降；靈活

近些年，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，鐵路建設(shè)速度也是越來(lái)越快，但是鐵路一些關(guān)鍵設(shè)備的發(fā)展還是嚴(yán)重滯后，這樣不僅影響了人們生活舒適度，也嚴(yán)重影響了國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。鐵路建設(shè)應(yīng)該更加趨向于電氣化以及高速化。鐵路中應(yīng)用的接觸網(wǎng)具有提供電能的作用，其技術(shù)的發(fā)展嚴(yán)重關(guān)系到鐵路建設(shè)的智能化以及高效化。為保證有較好的受電效果，需要保證鐵路接觸網(wǎng)架設(shè)時(shí)張力不變，恒張力放線車能夠保證接觸網(wǎng)架設(shè)張力恒定。

1 接觸網(wǎng)恒張力放線車工作原理分析

1.1 之前研制的恒張力放線車其主要部件有張力控制儀器、有軌道平板車、放線盤(pán)、線索張力鎖加滾筒、線索張力施加滾筒制動(dòng)器、放線盤(pán)制動(dòng)器等組成。恒張力放線車工作原理可以概述為線索通過(guò)放線盤(pán)、張力施加盤(pán)到達(dá)測(cè)力盤(pán)后放出。張力基準(zhǔn)可以經(jīng)過(guò)測(cè)力盤(pán)上面活塞提供，反饋油缸在測(cè)力盤(pán)活動(dòng)時(shí)可以收縮，制動(dòng)油缸的壓力隨之改變，液壓反饋系統(tǒng)可以及時(shí)控制制動(dòng)裝置，這樣就能夠有效控制好張力。

1.2 改進(jìn)接觸網(wǎng)恒張力放線車工作原理以及功能分析

為了提高放線車的數(shù)字化以及自動(dòng)化水平，新式接觸網(wǎng)恒張力放線車的液壓裝置控制系統(tǒng)添加了液壓馬達(dá)以及性能更加優(yōu)越的比例電磁閥，其控制部也采用了智能化以及自動(dòng)化的新技術(shù)。通過(guò)在工控機(jī)輸入端輸入張力值，這樣比例電磁閥就可以保證穩(wěn)定的壓力輸出，放線張力、設(shè)定張力值以及油壓參數(shù)可以讀出來(lái)。改進(jìn)型接觸網(wǎng)恒張力放線車其工作原理是在作業(yè)之前，先將線索取出，然后使其經(jīng)過(guò)張力機(jī)構(gòu)的摩擦盤(pán)，并在摩擦盤(pán)上纏繞幾圈，從張力機(jī)構(gòu)的摩擦盤(pán)出來(lái)后再經(jīng)過(guò)張力測(cè)試盤(pán)，最后從測(cè)力盤(pán)引出。張力機(jī)構(gòu)主要是用來(lái)控制線索張力的強(qiáng)度，線索運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的摩擦力，這樣線索和摩擦盤(pán)就可以保持相對(duì)靜止，不會(huì)出現(xiàn)溜滑現(xiàn)象。液壓馬達(dá)的齒輪與摩擦盤(pán)的齒輪相互連接，摩擦盤(pán)以及線索運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)液壓馬達(dá)來(lái)控制。線索具體張力數(shù)值可以通過(guò)張力傳感裝置測(cè)量，這個(gè)傳感裝置設(shè)置在測(cè)力盤(pán)上，這樣便于讀數(shù)和控制。張力數(shù)值輸入進(jìn)工控機(jī)之后，機(jī)器將會(huì)對(duì)比測(cè)得數(shù)值與原設(shè)定值，如果測(cè)得值較小，通過(guò)工控機(jī)增大比例電磁閥開(kāi)度，可以有效調(diào)整液壓馬達(dá)輸出力矩，從而線索張力大小會(huì)趨向于設(shè)定值大小，如果實(shí)際值偏大，那么工控機(jī)情況就會(huì)相反。下面以一副簡(jiǎn)圖描述張力控制回路液壓系統(tǒng)的工作流程，如下圖1（張力控制回路液壓系統(tǒng)工作原理圖）。

2 客運(yùn)專線恒張力放線車主要技術(shù)參數(shù)檢驗(yàn)

為了保證線路穩(wěn)定以及施工的安全，在施工過(guò)程中接觸網(wǎng)架線張力的動(dòng)態(tài)范圍控制在8%以內(nèi)，同時(shí)其靜態(tài)范圍控制在±3%以內(nèi)。

針對(duì)于較為常用的TY4B放線車，其放出的繩索張力控制在5KN至30KN之間，并且在放線時(shí)需要加載同樣大小的力，這樣靜態(tài)誤差就可以控制在±3%以內(nèi)，動(dòng)態(tài)誤差控制在±5%以內(nèi)；另外，系統(tǒng)液壓測(cè)量區(qū)間為10MPa以內(nèi)，此時(shí)誤差可以控制在±0.1%以內(nèi)；系統(tǒng)氣壓測(cè)量區(qū)間為10MPa以內(nèi)，此時(shí)誤差同樣可以控制在±0.1%以內(nèi)。

3 張力的PID控制器設(shè)計(jì)分析

在常用的控制系統(tǒng)中，PID控制算法是較為成熟的算法，其主要由控制器以及被控對(duì)象兩大模塊所組成。模擬的PID控制器是把輸入與輸出的偏差值e（t），通過(guò)比例環(huán)節(jié)（P）、積分環(huán)節(jié)（I）、微分環(huán)節(jié)（D）的線性組合作為控制量輸出的?？刂破饕暂斎虢o定值r（t）與被控對(duì)象的實(shí)際輸出值y（t）的偏差e（t）作為輸入。用公式可以表示為：e（t）= r（t）- y（t）

在PID控制器中，數(shù)學(xué)運(yùn)算中的微分、積分、比例控制根據(jù)具體需要而確定，整定控制器參數(shù)可以調(diào)整這幾個(gè)參數(shù)大小而獲得。

比例環(huán)節(jié)：偏差e（t）可以通過(guò)比例環(huán)節(jié)成倍數(shù)的表示出來(lái)。當(dāng)這個(gè)過(guò)程有偏差信號(hào)提示的時(shí)候，控制器就會(huì)立即輸出控制信號(hào)作用于被控對(duì)象，這樣在一定程度上減小偏差。比例系數(shù)Kp可以反應(yīng)出控制作用大小，如果Kp越大，那么控制作用越大，如果Kp越小，那么控制作業(yè)也是越小。比例環(huán)節(jié)存在穩(wěn)態(tài)誤差，如果Kp越大，穩(wěn)態(tài)誤差也是越小，過(guò)大的Kp會(huì)造成系統(tǒng)振蕩，隨著而來(lái)的就是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能下降。

積分環(huán)節(jié)：為消除系統(tǒng)靜差，可以對(duì)積分環(huán)節(jié)的偏差信號(hào)e（t）進(jìn)行積分運(yùn)算。積分系數(shù)T1可以表示積作用的強(qiáng)弱。如果積分系數(shù)T1越大，那么系統(tǒng)靜態(tài)誤差減弱程度也會(huì)更加明顯，隨著T1增大，相應(yīng)過(guò)程也會(huì)出現(xiàn)積分飽和的現(xiàn)象，這樣在一定程度上會(huì)影響相應(yīng)過(guò)程超調(diào)量。但是，如果T1比較小，會(huì)加大系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，勢(shì)必會(huì)影響調(diào)節(jié)精度的準(zhǔn)確性。

微分環(huán)節(jié)：微分環(huán)節(jié)提高系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，在一定程度上減小調(diào)節(jié)時(shí)間，還會(huì)保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。微分運(yùn)算可以得出偏差趨勢(shì)，在偏差信號(hào)變得過(guò)大之前及時(shí)加入校正信號(hào)，不僅可以加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，還可以提高動(dòng)態(tài)性能。上述效果會(huì)受到微分系數(shù)TD的一定影響。在增加超調(diào)量基礎(chǔ)上，可以使調(diào)節(jié)時(shí)間越少。如果TD很小，那么調(diào)節(jié)時(shí)間也會(huì)隨之增加。所以，為使系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間以及超調(diào)量都能夠滿足要求，那么我們一定要選擇合適的TD。這個(gè)環(huán)節(jié)的缺點(diǎn)就是容易受到干擾，也就是它的抗干擾能力比較弱。

隨著信息技術(shù)以及微控制器的廣泛應(yīng)用，一些智能儀器已經(jīng)應(yīng)用到了控制系統(tǒng)領(lǐng)域，用數(shù)字計(jì)算機(jī)代替模擬計(jì)算調(diào)節(jié)器可以組成智能控制系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)可以達(dá)到常用的PID控制算法，因?yàn)槠涓咝Ю昧擞?jì)算機(jī)的邏輯計(jì)算能力，使得PID控制更加靈活多樣。計(jì)算機(jī)通過(guò)采樣時(shí)間偏差值來(lái)計(jì)算輸出控制量，離散式的控制模式能直接應(yīng)用到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。PID控制器的數(shù)字設(shè)計(jì)，這個(gè)時(shí)候需要數(shù)字化處理模擬量，可以得到較好的控制效果。在周期性采用控制系統(tǒng)中，時(shí)間間隔T稱之為采樣周期。為保證信號(hào)完整反應(yīng)采樣信號(hào)的信息，這就要求采樣周期不能過(guò)大。另外，如果考慮到控制技術(shù)角度，那么較小的采樣周期可以保證控制器的精確度。較高的采樣頻率，同樣也會(huì)要求控制器性能更加優(yōu)越，也就是說(shuō)控制器應(yīng)該有強(qiáng)大的計(jì)算性能，為了保存較多的計(jì)算數(shù)據(jù)，同樣也會(huì)要求控制器的存儲(chǔ)能力也要強(qiáng)大。當(dāng)采樣頻率達(dá)到極限值時(shí)，一味地提高采樣頻率，也不會(huì)明顯提高系統(tǒng)性能。所以，在實(shí)際需要時(shí)，我們應(yīng)該綜合考慮，不能只是依靠采樣數(shù)據(jù)大小，而定性。

上面是簡(jiǎn)單介紹了一種張力控制的模型，恒張力放線車參數(shù)變化多樣，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該綜合考慮。目前我們使用較多的是意大利設(shè)計(jì)生產(chǎn)的太斯米克恒張力放線車，其張力盤(pán)控制系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)CMOS系統(tǒng)，每15s會(huì)檢查一遍張力數(shù)值，并自動(dòng)調(diào)節(jié)張力大小，使線索控制張力一直保持在恒定狀態(tài)。隨著科技的進(jìn)步，相信我國(guó)科研人員在夯實(shí)基礎(chǔ)之上，通過(guò)不斷的創(chuàng)新，在恒張力放線車研究方面會(huì)有所建樹(shù)。

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