Suljetun silmukan ohjaus ajoneuvoissa

Suljetussa säädösjärjestelmässä järjestelmän ulostulo palautetaan syötteeksi, mikä mahdollistaa sähköisen ajon ohjaamisen ja toiminnan itseääntymisen. Sähköisen ajon palautekeilojen tarkoituksena on täyttää seuraavat kriittiset vaatimukset:

• Momentin ja nopeuden parantaminen: Parantaa järjestelmän momentti- ja nopeuskykyä.

• Vakioituneen tilan tarkkuuden parantaminen: Parantaa järjestelmän tarkkuutta vakioituneessa toiminnassa.

• Suojelu: Suojaa sähköisen ajon komponentteja mahdolliselta vahingolta.

Suljetun säädösjärjestelmän avainkomponentit sisältävät ohjaimen, muunninten, virtasummanrajoittimen ja virtalaitteen, muiden lisäksi. Muunnin tehtävänä on muuntaa vaihtelevan taajuuden sähkö varsinainen taajuudeksi ja päinvastoin. Virtasummanrajoittimen toiminta on estää virta ylittämästä ennakkoon asetettua maksimitarkkaa arvoa. Tässä tutkitaan erilaisia suljetun säädösjärjestelmän konfiguraatioita.

Virtasummanrajoitusohjaus

Tämä ohjausrakenne on suunniteltu pitämään muunnin ja moottorin virta turvallisella tasolla siirtymätilanteissa. Järjestelmässä on integroitu virtapalautekeilo, jossa on rajavalintaan perustuva looginen piiri.

Looginen piiri toimii suojana, suojaamalla järjestelmää liialliselta virtalta. Jos siirtymätilanteet aiheuttavat virran nousun yli ennakkoon asetetun maksimitarkkaan arvon, palautepiiri aktivoituu. Se ottaa välittömästi korjaavia toimenpiteitä, pakottaen virran laskeutumaan takaisin maksimitarkkan arvon alapuolelle. Kun virta palaa normaalille tasolle, palautepiiri deaktivoituu ja jatkaa valmiustilaansa.

Suljetun säädösjärjestelmän momenttohjaus

Suljetun säädösjärjestelmän momenttohjaus on laajalti käytössä akkuperäisissä ajoneuvoissa, rautateihin ja sähköjunoihin. Viitearvona oleva momentti T^* määräytyy kiihdytyspolkin asennosta. Silmukkaohjain toimii yhdessä moottorin kanssa varmistamassa, että todellinen momentti noudattaa viitearvoa T^*. Kiihdytyspolkin paineen säätämällä kuljettaja voi tehokkaasti ohjata ajosäädösjärjestelmän nopeutta, sillä momentin tuotanto vaikuttaa suoraan ajoneuvon tai junan kiihtyvyyteen ja nopeuteen.

Suljetun säädösjärjestelmän nopeusohjaus

Suljetun säädösjärjestelmän nopeusohjauksen lohkokaavio on esitetty alla. Tämä järjestelmä sisältää upotetun ohjausrakenteen, jossa sisäinen ohjauspiiri on upotettu ulkoiseen nopeuspiiriin. Sisäisen ohjauspiirin päätäsmäärä on säännöllistää moottorin virta ja momentti, varmistamalla niiden pysyminen turvallisissa toiminta-rajapinnoissa.

Suljetun säädösjärjestelmän nopeusohjaus

Oletetaan, että on olemassa viitearvona oleva nopeus ωm∗, joka luo positiivisen nopeuseron Δω*m. Tämä nopeusero käsitellään nopeusohjaimella ja sen jälkeen syötetään virtasummanrajoittimeen. On huomionarvoista, että virtasummanrajoittimen voi ylikuormittaa jopa pienellä nopeuserolla. Virtasummanrajoittima asettaa sitten virtan sisäiselle virtasummaohjauspiirille. Sen jälkeen ajosäädös aloittaa kiihtyvyyden. Kun ajonopeus vastaa haluttua nopeutta, moottorin momentti on sama kuin kuorman momentti. Tämä tasapaino saa viitearvona olevan nopeuden laskea, mikä johtaa negatiiviseen nopeuseroon.

Kun virtasummanrajoittima tulee täyteeseen, ajosäädös siirtyy hidastustoimintaan ja alkaa hidastua. Vastaavasti, kun virtasummanrajoittima vapautuu, ajosäädös siirtyy sileästi hidastustoiminnasta takaisin moottoritoimintaan.

Monimoottorien suljetun säädösjärjestelmän nopeusohjaus

Monimoottorisäädösjärjestelmissä kokonaiskuorma jaetaan useisiin moottoreihin. Jokaisella järjestelmän osalla on oma moottorinsa, joka on pääasiassa vastuussa kyseisen osan kuorman kantamisesta. Vaikka moottorien luokitus vaihtelee kuorman tyypin mukaan, kaikki moottorit toimivat samalla nopeudella. Kun kukin moottori saa tarvitsemansa momentin omasta ajosäädöstään, ajosäde tarvitsee vain kantamaan suhteellisen pieni synkronointimomentti, mikä mahdollistaa monimoottorijärjestelmän koordinoidun toiminnan.

Rautatieajoneuvossa renkaat eivät pyöri tasaisella nopeudella, koska kuljetuksen aikana ne kuluvat eriasteisesti. Tämän vuoksi rautatieajoneuvon ajonopeus vaihtelee. Lisäksi nopeuden yhtenäisyyden ylläpitämisen lisäksi on yhtä tärkeää varmistaa, että momentti jaetaan tasaisesti useiden moottorien kesken. Jos tämä tasapaino ei ole saavutettu, yksi moottori voi ylikuormittua, kun toinen jäykkyy. Tämä epätasapaino johtaa tilanteeseen, jossa koko rautatieajoneuvon suunniteltu momentti on merkittävästi alhaisempi kuin yksittäisten moottorien yhteismomentti.