DE4308903A1 - Arrangement and method for controlling a desired slip of surfaces rubbing against each other under the action of force - Google Patents

Arrangement and method for controlling a desired slip of surfaces rubbing against each other under the action of force

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    • F16H2061/0081—Fuzzy logic

Abstract

The invention describes a slip controller for surfaces rubbing against each other under the action of force. Of particular concern here are slip controllers of wheel-rail systems. By means of the use of a fuzzy controller in sliding mode it is possible to achieve firstly a rapid adaptation of the control to impressed disturbance variables and, secondly, a halving of the number of fuzzy rules. Furthermore, the fuzzy controller can advantageously be stored as a value table in a control computer of a locomotive.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Anordnung und ein Verfahren zur Einstellung eines Sollschlupfes zwischen an­ einander unter Kraftwirkung reibenden Flächen, insbesondere Rad-Schienen-Systemen.The invention relates to an improved arrangement and a method for setting a target slip between on surfaces rubbing against each other under force, in particular Wheel-rail systems.

Reibschlüssig kraftübertragende Systeme finden sich in vielen technischen Bereichen. Häufig werden sie da eingesetzt, wo große Momente unter wechselnden Betriebsbedingungen übertragen werden sollen. Als Beispiele hierfür sind Rutschkupplungen im Maschinenbau, oder Kupplungen im KFZ zu nennen. Hohe Momente treten beispielsweise auch zwischen einem angetriebenen Rad und dessen Untergrund auf.Frictional power transmission systems can be found in many technical areas. They are often used where transmit large moments under changing operating conditions should be. Examples of this are slip clutches in the Mechanical engineering, or couplings to name in the car. High moments occur, for example, between a driven wheel and its underground on.

Bei manchen dieser technischen Systeme, an denen Momente über­ tragen werden, ist es wünschenswert, daß kein Schlupf auftritt, d. h. daß eine starre Verbindung zwischen zwei Flächen herge­ stellt wird. Bei anderen wiederum ist es aus Gründen einer max­ imalen Kraftübertragung wünschenswert, daß ein bestimmter Schlupf möglichst genau eingehalten wird. Ein Beispiel hierfür stellt das Rad-Schiene-System, beispielsweise bei einer ange­ triebenen Lokomotive, dar. Bei modernen Hochleistungslokomoti­ ven z. B. erfolgt die Kraftübertragung zwischen Rad und Schiene im wesentlichen über den Schlupf, der als Differenz zwischen Tangentialgeschwindigkeit des Rades im Aufstandspunkt und Fahr­ zeuggeschwindigkeit definiert ist. Die das Fahrzeug antreibende Kraft ist somit die Reibkraft, die sich zwischen dem Rad und der Schiene aufbaut. Diese Reibkraft steht einerseits mit den Kräften am Rad und andererseits am Fahrzeugkörper im Gleichge­ wicht. Weiterhin gibt es ein Kräftegleichgewicht zwischen den Kräften am Rad und an einer Motorwelle, welche das Rad antreibt und in die das vom Fahrer gewünschte Antriebsmoment eingeprägt wird. Die Reibkraft wird vom Gewicht des Fahrzeuges und von dem Reibwert µ bestimmt, der seinerseits vom Schlupf S abhängig ist. Der Zusammenhang zwischen µ und S, zwischen Schlupf- und Reibwert also, ist im allgemeinen nicht linear und wird durch die Parameter Fahrzeuggeschwindigkeit und Oberflächenbeschaf­ fenheit der Radschiene-Paarung bestimmt. Ideale Schlupf-Reib­ wert-Ausprägungen haben entweder ein Reibwertmaximum oder lau­ fen in ein Plateau ein. In der Realität sind solche idealen Be­ dingungen keinesfalls anzutreffen. Statt dessen sind die Kurven verrauscht und stellen außerdem wegen der Inhomogenität der Streckenverhältnisse Mischformen von idealen Kurven dar.With some of these technical systems, where moments over it is desirable that no slippage occurs, d. H. that there is a rigid connection between two surfaces is posed. Others, for reasons of a max imalen power transmission desirable that a certain Slip is observed as closely as possible. An example of this represents the wheel-rail system, for example at a driven locomotive. In modern high-performance locomotives ven z. B. the power transmission between wheel and rail essentially about the slip, which is the difference between Tangential speed of the wheel at the contact point and driving tool speed is defined. The one driving the vehicle Force is the frictional force between the wheel and the rail builds up. This frictional force is on the one hand Forces on the wheel and on the other hand on the vehicle body in the same  important. There is also a balance of power between the Forces on the wheel and on a motor shaft that drives the wheel and into which the drive torque desired by the driver is impressed becomes. The frictional force is dependent on the weight of the vehicle and the Determines the coefficient of friction µ, which in turn depends on the slip S. is. The relationship between µ and S, between slip and So the coefficient of friction is generally not linear and is determined by the parameters vehicle speed and surface finish of the wheel-rail pairing determined. Ideal slip friction Value forms either have a maximum coefficient of friction or lukewarm enter a plateau. In reality, such ideal be under no circumstances. Instead are the curves noises and also because of the inhomogeneity of the Line ratios represent mixed forms of ideal curves.

Diese Mischformen können beispielsweise durch drastische Wech­ sel der Streckenverhältnisse entstehen, wie sie z. B. bei einer Fahrt aus einem Tunnel mit trockenen Schienen heraus auf nasse Schienen auftreten. Üblicherweise teilt sich eine Reibwertkurve in ein stabiles und instabiles Gebiet. Das stabile Gebiet zeichnet sich dadurch aus, das sich das System Fahrzeug-Schiene auf dem ansteigenden Ast der Reibwertkurve von selbst stabili­ siert, falls das geforderte Motordrehmoment zusammen mit Träg­ heits-, Dämpfungs- und Federkräften nicht ein Reibkraftmaximum überschreitet, daß dem Reibwertmaximum bei konstanten Fahrzeug­ gewicht entspricht. Obwohl zu einer bestimmten Reibkraft zwei Schlupfwerte gehören, stellt sich stets der betragsmäßige klei­ nere Schlupf ein, wenn im Kraftgleichgewicht die Reibkraft die Trägheits-, Dämpfungs- und Federkräfte dominiert. Werden dage­ gen Motormomente eingeprägt, die das obige Kraftgleichgewicht stören, so versucht das System über eine Schlupferhöhung eine Reibkraft zu erzeugen, die es wieder in das Gleichgewicht führt. Eine solche Schlupferhöhung führt aber in den instabilen Kennlinienbereich, in dem eine Reibkrafterhöhung durch Schlupferhöhung nicht möglich ist. Im Gegenteil: Die Reibkraft verringert sich (Kennlinie mit ausgeprägtem Maximum) oder bleibt konstant (Kennlinie mit Plateau). Für den Anfahrprozeß ergibt sich das Schleudern und für den Bremsprozeß das Gleiten. Diese Zusammenhänge sind auch schon in der einschlägigen Literatur [1, 2, 3] beschrieben.These mixed forms can, for example, by drastic changes sel the route conditions arise as they z. B. at a Driving out of a tunnel with dry rails on wet Rails occur. A coefficient of friction curve is usually divided in a stable and unstable area. The stable area is characterized by the fact that the vehicle-rail system on the rising branch of the coefficient of friction curve stabilizes by itself if the required engine torque together with carrier unit, damping and spring forces not a maximum of friction exceeds that the coefficient of friction maximum with constant vehicle weight corresponds. Although two for a certain frictional force Slip values, the amount is always small nere slip when the frictional force in the force balance Inertia, damping and spring forces dominate. Be there against the engine torque that the above force balance disturb, the system tries a slip increase Generate frictional force that brings it back into balance leads. Such an increase in slip leads to the unstable Characteristic curve range in which an increase in the frictional force  Slip increase is not possible. On the contrary: the friction force decreases (characteristic curve with pronounced maximum) or remains constant (characteristic curve with plateau). For the start-up process there is skidding and sliding for the braking process. These relationships are already in the relevant Literature [1, 2, 3] described.

Solche drastischen Schlupfveränderungen müssen verhindert wer­ den, umSuch drastic changes in slip must be prevented the um

  • - zu große mechanische Belastung zu vermeiden,- avoid excessive mechanical stress,
  • - hohe energetische Belastungen der Antriebsmaschine abzuschwä­ chen,- mitigate high energetic loads on the engine chen,
  • - eine optimale Kraftübertragung vom Rad auf die Schiene zu er­ möglichen.- he optimal power transmission from the wheel to the rail possible.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Anordnung und ein verbessertes Verfahren zur Rege­ lung eines Sollschlupfes von aneinander unter Krafteinwirkung reibenden Flächen anzugeben.The object underlying the invention is a improved arrangement and an improved method for rain a set slip from each other under the action of force to specify rubbing surfaces.

Für die Anordnung wird diese Aufgabe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Für das Verfahren wird diese Aufgabe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.For the arrangement, this task is performed according to the characteristics of the Claim 1 solved. For the procedure, this task is performed according to solved the features of claim 2.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü­ chen.Further developments of the invention result from the dependent claims chen.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß man durch den Einsatz eines Fuzzy-Reglers eine schnell reagie­ rende und exakte Regelung erhält. Ein weiterer Vorteil der An­ ordnung besteht darin, daß durch die Betragsbildung des Abstan­ des von der Schaltgeraden nur der halbe Rechenaufwand für die Bewertung der Ergebnisse betrieben werden muß. So können kom­ plexere Aufgaben in kurzer Zeit gelöst werden, d. h. der Regler reagiert schneller auf Änderungen des Kraftschlusses.An advantage of the arrangement according to the invention is that you can react quickly by using a fuzzy controller rend and exact regulation. Another advantage of the An order consists in the fact that the amount of the stan of the switching line only half the computing effort for the Evaluation of the results must be carried out. So com  more complex tasks can be solved in a short time, d. H. the regulator reacts faster to changes in the adhesion.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß außer einem Schlupffehler auch dessen zeitliche Änderung, d. h. seine Ableitung bewertet wird. So weist der Regler der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird eine vorausschauende Charakteristik auf, d. h. er erzeugt ein stabiles Regelverhal­ ten.An advantage of the method according to the invention is that in addition to a slip error, its change over time, d. H. its derivative is evaluated. So the controller points to the The method according to the invention is operated with a predictive method Characteristic on, d. H. it creates a stable control behavior ten.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Anwendung der erfindungsgemäß vorgegebenen Zugehörig­ keitsfunktionen. Durch diese Zugehörigkeitsfunktion wird er­ reicht, daß die Kennlinie des Reglers einen zunächst flachen und dann steileren Verlauf annimmt. Das heißt, der Regler rea­ giert auf kleine Störungen fast gar nicht und auf zunehmend größere Störungen mit einer überproportional zunehmenden Stell­ größe. Damit wird erreicht, daß um den Ursprung herum, ein sta­ biles Betriebsverhalten des Reglers auftritt. Mit dem Betrag nach zunehmenden Störeinflüssen, wird dann auch die Reaktion des Reglers größer und schneller. Weiterhin wird beim erfin­ dungsgemäßen Verfahren vorteilhaft die Symmetrie der Stellgröße bezüglich der Schaltgeraden ausgenutzt. Das heißt, Abstände oberhalb der Schaltgeraden und unterhalb der Schaltgeraden er­ fordern dieselbe Stellgröße jedoch mit unterschiedlichem Vor­ zeichen. Durch die Ausnutzung dieser Vorzeichensymmetrie er­ reicht man eine Halbierung der Anzahl der Fuzzy-Regeln. Dies führt zu einer schnelleren Ausführung des Verfahrens und zu ei­ nem geringeren Evaluierungsaufwand.Another advantage of the method according to the invention is in the application of the associated according to the invention functions. Through this membership function, he becomes it is sufficient that the characteristic curve of the controller is initially flat and then takes a steeper course. That means the controller rea is almost not at all for small disturbances and increasingly Larger disturbances with a disproportionately increasing number size. This ensures that around the origin, a sta biles operating behavior of the controller occurs. With the amount after increasing interferences, the reaction becomes too of the controller bigger and faster. Furthermore, the inventor The inventive method advantageously the symmetry of the manipulated variable exploited with regard to the switching straight line. That is, distances above the switching line and below the switching line require the same manipulated variable but with a different pre character. By using this sign symmetry he one halves the number of fuzzy rules. This leads to faster execution of the process and to egg less evaluation effort.

Durch eine periodische Ausführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens erreicht man eine frei wählbare Anpaßzeit bzgl. sich ver­ ändernder Umgebungsbedingungen. Through a periodic execution of the inventive method rens one reaches a freely selectable adjustment time regarding ver changing environmental conditions.  

Durch das Ablegen der Fuzzy-Regler Charakteristik in einer Wer­ tetabelle erreicht man, daß beim Fahrbetrieb beispielsweise bei einer angetriebenen Lokomotive der Leitrechner schnell auf Streckenzustandsänderungen reagieren kann, da er nur auf eine Tabelle zugreifen muß. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß keine Rechenoperation durchgeführt werden müssen und sich somit der Softwareaufwand für eine solche Regelung reduziert.By storing the fuzzy controller characteristic in a who one achieves that when driving, for example at a powered locomotive the host computer quickly Track status changes can react as it only affects one Access table. It is also advantageous that none Arithmetic operation must be performed and thus the Software expenditure for such a regulation reduced.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren weiter er­ läutert.In the following, the invention is based on figures purifies.

Fig. 1 zeigt eine idealisierte Reibwertkurve. Fig. 1 shows an idealized friction value.

Fig. 2 zeigt eine übliche Regelanordnung zur Regelung von Fahrzeugen. Fig. 2 shows a common control arrangement for controlling vehicles.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Regelanordnung. Fig. 3 shows a control arrangement according to the invention.

In Fig. 4 ist der Zusammenhang zwischen Zugehörigkeitsfunktion und Reglerkennlinie dargestellt.In FIG. 4, the relation between the membership function and the controller characteristic is shown.

Fig. 1 zeigt eine Reibwertkurve. Nach oben ist der Reibwert R dargestellt und nach rechts der Schlupf S in km/Stunde. Bei 8 km/Stunde weist die Kurve ein Maximum M auf. In diesem maxima­ len Punkt wird ein Reibwert von 0,22 erreicht. Die Reibwert­ kurve wird in zwei Bereiche unterteilt, den stabilen Bereich ST und den instabilen Bereich IN. Der stabile Bereich ist dadurch charakterisiert, daß mit ansteigendem Schlupf auch der Reibwert ansteigt. Der instabile Bereich ist dadurch gekennzeichnet, daß mit zunehmendem vom Maximum ausgehenden Schlupf der Reibwert wieder abnimmt. Je nachdem ob man sich beim Anfahren oder beim Bremsen im instabilen Bereich befindet, spricht man bei den auftretenden Instabilitäten von Schleudern oder Gleiten. Diese instabilen Fahrzustände können deshalb auftreten, weil in der dargestellten Reibwertkurve für einen festgesetzten Reibwert zwei mögliche Schlupfwerte auftreten können. Für den Fall einer Radschienenverbindung ist es wünschenswert, diese im Bereich des Maximums M zu betreiben, da dort eine bestmögliche Kraft­ übertragung stattfindet und die bestmögliche Ausnutzung der An­ triebsenergie gewährleistet wird. Fig. 1 shows a friction value. The coefficient of friction R is shown at the top and the slip S in km / hour to the right. The curve has a maximum M at 8 km / hour. At this maximum point, a coefficient of friction of 0.22 is reached. The coefficient of friction curve is divided into two areas, the stable area ST and the unstable area IN. The stable range is characterized by the fact that the coefficient of friction also increases with increasing slip. The unstable area is characterized in that the coefficient of friction decreases again with increasing slip starting from the maximum. Depending on whether you are in the unstable area when starting off or braking, one speaks of skidding or sliding when the instabilities occur. These unstable driving conditions can occur because two possible slip values can occur in the friction coefficient curve shown for a fixed coefficient of friction. In the case of a wheel rail connection, it is desirable to operate it in the area of the maximum M, since the best possible power transmission takes place there and the best possible use of the drive energy is guaranteed.

Fig. 2 zeigt eine Regelanordnung zur Regelung des Fahrbetriebs eines Reib-Schiene-Systems. Es sind dargestellt eine linienför­ mige Zugbeeinflussung LZB, eine automatische Fahrbremsregelung AFB und das Fahrzeug F, ein Torquemaximizer TOMAX und ein Schlupfregler S-Regler. Fig. 2 shows a control arrangement for regulating the driving operation of a friction rail system. A line-shaped train control LZB, an automatic driving brake control AFB and the vehicle F, a torque maximizer TOMAX and a slip controller S controller are shown.

Von der LZB wird auf Basis eines Fahrplans beispielsweise eine Sollgeschwindigkeit Vsoll erzeugt. Diese wird in der automati­ schen Fahrbremsregelung AFB mit der aktuellen Istgeschwindig­ keit Vist des Fahrzeuges verglichen. Die AFB erzeugt daraus ei­ ne unkorrigierte Antriebskraft F1*. Diese wird mit einem ΔF, welches vom TOMAX und vom S-Regler erzeugt wurde, kommt ver­ knüpft und dem Fahrzeug als Antriebskraft vorgegeben. Am Fahr­ zeug werden die Größen FReib, als Reibkraft, die Radgeschwin­ digkeit VRad und Vist bestimmt. Aus der Differenz von VRad und Vist ergibt sich der Schlupf Sist. Dem TOMAX werden die Größen Sist und FREIB vorgegeben. Er erzeugt daraus, beispielsweise indem in einem PI-Regler die Reibwertkurve implementiert ist einen Sollschlupf Ssoll. Von diesem Sollschlupf wird der Ist­ schlupf Sist subtrahiert und die Differenz dem Schlupfregler S- Regler zugeführt. Dieser Schlupfregler kann beispielsweise ein Fuzzy-Regler sein, wie er in der erfindungsgemäßen Anordnung vorgeschlagen wird. Weiterhin kann dieser Fuzzy-Regler nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden. Der S-Regler er­ zeugt dann ein ΔF, welches mit F1* aus dem AFB verknüpft zu ei­ nem F* führt, das dem Fahrzeug als aktuelle Antriebskraft vor­ gegeben wird.From the LZB a road map is determined based on, for example, a rated speed v Soll generated. This is in the auto matic driving brake control AFB with the current Istgeschwindig velocity v of the vehicle is compared. The AFB uses this to generate an uncorrected driving force F 1 *. This is linked with a ΔF, which was generated by the TOMAX and the S controller, and specified as the driving force for the vehicle. Be on driving convincing the quantities F friction than friction force Radgeschwin speed V wheel and V is determined. Is from the difference between V and V wheel results in the slip S is. The sizes S ist and F REIB are specified for the TOMAX . It generates therefrom, for example by a PI controller which implements a friction value is desired slip S soll. The actual slip S is subtracted from this setpoint slip and the difference is fed to the slip controller S controller. This slip controller can be, for example, a fuzzy controller as proposed in the arrangement according to the invention. Furthermore, this fuzzy controller can be operated using the method according to the invention. The S controller then generates a ΔF which, combined with F 1 * from the AFB, leads to an F * which is given to the vehicle as the current driving force.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung zur Regelung ei­ nes Sollschlupfes. Der erfindungsgemäßen Anordnung werden der Schlupffehler eS und die Schlupffehlergeschwindigkeit eS zuge­ führt. eS wird mit einem Normierungsfaktor Ne und eS mit einem Normierungsfaktor Ne multipliziert und aufaddiert. Daraus er­ gibt sich der Abstand zur Schaltgeraden SN, welcher ein be­ tragsbildendes Schaltglied durchläuft und als SN einer Fuzzyfi­ zierungseinheit zugeführt wird, die daraus einen Fuzzifizie­ rungswert µs generiert. Dieses Signal µs wird dem Fuzzy-Regler Fuzzy-R zugeführt. Dieser Regler feuert dann die einzelnen zu­ treffenden Fuzzy-Regeln und gewinnt eine Zugehörigkeitsfunktion µu für die Stellgröße, welche anschließend in einer Defuzzifi­ zierungseinheit, beispielsweise durch die Schwerpunktmethode, zu einer positiven, skalaren Größe KFUZZ,N wird. Diese wird daraufhin mit einem inversen Normierungsfaktor Nu⁻1 in einem Multiplikator multipliziert. Daraus erhält man die Größe KFUZZ. Anschließend wird dieser Signalwert mit dem Ergebnissignal des Signalwertes SN, der die Sättigungsfunktion-sat(Φ/SN) in einem Funktionsglied durchlaufen hat, multipliziert, und es wird da­ von λ·es subtrahiert, um ΔF zu gewinnen. Fig. 3 shows an inventive arrangement for controlling egg nes target slip. The arrangement according to the invention leads to the slip error e S and the slip error speed e S. e S is multiplied by a standardization factor N e and e S by a standardization factor N e and added up. From this he gives the distance to the switching straight line S N , which passes through a switching element that forms the amount and is supplied as S N to a fuzzy-fi cation unit, which generates a fuzzification value μ s therefrom. This signal µ s is fed to the fuzzy controller Fuzzy-R. This controller then fires the individual fuzzy rules to be met and gains a membership function µ u for the manipulated variable, which then becomes a positive, scalar variable K FUZZ, N in a defuzzification unit, for example by the focus method. This is then multiplied by an inverse normalization factor N u ⁻ 1 in a multiplier. From this you get the size K FUZZ . This signal value is then multiplied by the result signal of the signal value S N , which has passed the saturation function-sat (Φ / S N ) in a function element, and it is subtracted from λ · e s in order to obtain ΔF.

Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung wird zum ersten Mal ein Fuzzy Regler im Sliding Mode, wie er in [4] beschrieben ist, als Schlupfregelung für aneinander unter Krafteinwirkung reibende Flächen beschrieben.With this arrangement according to the invention, for the first time Fuzzy controller in sliding mode, as described in [4], as Slip control for friction against each other under force Areas described.

Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen Zugehörigkeitsfunktion und Kennlinienverlauf des Reglers. Fig. 4 shows the relationship between membership function and characteristic curve of the controller.

Im linken Teil von Fig. 4 sind die Zugehörigkeitsfunktionen für VL, L, M, H und VH dargestellt. Hierin bedeutenIn the left part of Fig. 4 the membership functions for VL, L, M, H and VH are shown. Mean here

VL: Very Low
L: Low
M: Medium
H: High
VH: Very High.VL: Very Low
L: Low
M: Medium
H: High
VH: Very High.

Nach oben ist der Zugehörigkeitsgrad µ aufgetragen und nach rechts der Abstand sN von der Schaltgeraden in der normierten Phasenebene. Auf der rechten Seite von Fig. 4 ist der Verlauf der normierten Kennlinie dargestellt. Sie zeigt die Abhängig­ keit der Stellgröße uN, hier beispielsweise des Sollschlupfes, von dem Abstand der Schaltgeraden sN in der normierten Phasen­ ebene. Deutlich ist der erfindungsgemäß gewünschte Verlauf der Kennlinie zu erkennen. Sie steigt vom Null-Punkt ausgehend flach an und wird später steiler. Hiermit wird wunschgemäß das erfindungsgemäße Ergebnis erhalten, daß der Regler auf kleine Störungen mit sehr kleinen Stellgrößen und auf große Störgrößen mit sehr großen Stellgrößen reagiert. So daß im gesamten Über­ tragungsverhalten des Reglers eine schnelle Korrektur von gro­ ßen Störungen erzielt wird.The degree of membership µ is plotted upwards and the distance s N from the switching line in the normalized phase plane is plotted to the right. The course of the normalized characteristic curve is shown on the right side of FIG. 4. It shows the dependency of the manipulated variable u N , here for example the target slip, on the distance of the switching line s N in the normalized phase level. The course of the characteristic curve desired according to the invention can be clearly seen. It rises gently from the zero point and becomes steeper later. The result according to the invention is hereby obtained, as desired, that the controller reacts to small disturbances with very small manipulated variables and to large disturbances with very large manipulated variables. So that a quick correction of large faults is achieved in the entire transmission behavior of the controller.

Literaturliterature

[1] Patent: Verfahren und Anordnung zur selbstadaptierenden Re­ gelung der Raddrehzahl elektrischer laufachsenloser, mit einer Drehmomentenregelung ausgestatteter Triebfahrzeuge auf das Kr­ aftschlußmaximum des Rad- Schiene-Kontaktes
Erfinder: K.Hahn DE 40 20 350 C2, Int. Kl. B 60 L 3/10 Veröffent­ lichung der Patenterteilung 4.6.92
[2] W.Harprecht: Anfahrverhalten, Leistung und Zuverlässigkeit der Lokomotiven der Baureihe 120 der Deutschen Bundesbahn eb Elektrische Bahnen 82 (1984) 2, 30-54
[3] U.Vogel: Untersuchung eines Verfahrens zur Hochausnutzung des Rad-Schiene-Kraftschlusses bei Triebfahrzeugen eb Elektrische Bahnen 89 (1991), 10, 285-292
[4] R.Palm: Sliding Mode Fuzzy Control, FUZZY-IEEE ′92 San Diego 1992, Proceedings S. 519-526[1] Patent: Method and arrangement for the self-adapting control of the wheel speed of electric traction axles without a torque control, equipped with a torque control, to the maximum force of the wheel-rail contact
Inventor: K.Hahn DE 40 20 350 C2, Int. Kl. B 60 L 3/10 Publication of the patent grant 4.6.92
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[4] R.Palm: Sliding Mode Fuzzy Control, FUZZY-IEEE '92 San Diego 1992, Proceedings pp. 519-526

Claims (4)

1. Anordnung zur Regelung eines Vorgabe-Soll-Schlupfes von an­ einander unter Krafteinwirkung reibenden Flächen,
  • a) bei der ein erstes Normierungsglied (Ne) vorgesehen ist, dem ein Schlupffehlersignal es als Differenz aus einem Vorgabe- Sollschlupf und einem Istschlupf zugeführt wird, wobei dieses Normierungsglied ein auf ein fixes Intervall normierten Signal eSN erzeugt,
  • b) bei der ein zweites Normierungsglied (Ne) vorgesehen ist, dem eine zeitliche Änderung des Schlupffehlers als Signal es zugeführt wird, wobei dieses Normierungsglied ein auf ein fixes Intervall normiertes Signal eSN erzeugt,
  • c) bei der ein Fuzzifizierungs-Glied (Fuzz) vorgesehen ist, dem ein Betragssignal |SN| als Betrag einer additiven Verknüp­ fung von eSN und eSN zugeführt wird, wobei dieses Fuzzifierungsglied daraus ein Signal µs erzeugt,
  • d) bei der ein Fuzzy-Regler (Fuzzy-R) vorgesehen ist, welcher ein fuzzifiziertes Stellgrößensignal µu aus µs erzeugt,
  • e) bei der ein Defuzzifizierungsglied (Defuzz) vorgesehen ist, das aus µu ein normiertes skalares Stellgrößensignal erzeugt, welches in einem weiterhin vorgesehenen Denormierungs-Glied (N⁻1 u) zu einer Fuzzy-Stellgröße KFuzz umgesetzt wird,
  • f) bei der in einem weiterhin vorgesehenen Produktglied ein Produktsignal P aus der Fuzzy-Stellgröße und einem Signal -sat(Φ/SN) erzeugt wird, welches entsteht, nachdem SN einen dafür vorgesehenen Funktionsgenerator der Charakteristik durchlaufen hat,
  • g) und bei in einem Summationsglied eine Summe aus dem Signal P und einem Kompensationssignal -λ·s gebildet wird mit: λ = Ne/N
    und Ne, N : Normierungsfaktoren für die Signale es und s,
1. Arrangement for regulating a specified target slip from on surfaces rubbing against each other with force,
  • a) in which a first normalization element (Ne) is provided, to which a slip error signal e s is supplied as the difference between a predetermined desired slip and an actual slip, this standardization element generating a signal e SN standardized to a fixed interval,
  • b) in which a second normalization element (Ne) is provided, to which a change in the slip error over time is supplied as signal e s , this standardization element generating a signal e SN standardized to a fixed interval,
  • c) in which a fuzzification element (fuzz) is provided to which a magnitude signal | S N | is supplied as the amount of an additive combination of e SN and e SN , this fuzzification element generating a signal μ s therefrom,
  • d) in which a fuzzy controller (fuzzy-R) is provided which generates a fuzzified manipulated variable signal µ u from µ s ,
  • e) in which a defuzzification element (defuzz) is provided, which generates a standardized scalar manipulated variable signal from µ u , which is converted into a fuzzy manipulated variable K fuzz in a denormalization element (N⁻ 1 u ) which is also provided,
  • f) in which a product signal P is generated from the fuzzy manipulated variable and a signal -sat (Φ / S N ), which arises after S N is a function generator of the characteristic intended for this, in a product element which is also provided has gone through
  • g) and a sum of the signal P in a summation element and a compensation signal -λ ·s is formed with: λ = Ne/ N
    and Ne, N : Normalization factors for the signals es ands,
 2. Verfahren zur Regelung eines Soll-Schlupfes von aneinander unter Krafteinwirkung reibenden Flächen mit folgenden Merkma­ len:
  • a) eine zur Regelung des Schlupfes auf die Flächen einwirkende Kraftänderung wird nach u = ΔF = -KFUZZ·sat(SN/Φ)-λ·smit:
    KFUZZ das defuzzifizierte und denormierte Regelergebnis aus dem Fuzzy-Regler:KFUZZ = KFUZZ N·Fu⁻1Nu als Denormierungsfaktor.
    und:sat(x) = sgn(x) für |x| 1, sat(x) = x für |x| < 1.bestimmt, wobei
    es = Ssoll - Sist
    Ssoll: Sollschlupf
    Sist: Istschlupf
    Index ⚫: zeitliche AbleitungSN = eSN + SN
    IndexN: Normierte GrößeSN: Abstand von der Schaltgeraden in der normierten Phasen­ ebeneΦ Dicke eines Boundary Layerbedeuten.
  • b) der Fuzzy Regler verwendet zur Bestimmung der normierten Stellgröße µN einer linearen Regelsatz wenigstens der Form: IF |sN| is Very Low THEN |uN| is Very Low
    IF |sN| is Medium THEN |uN| is Medium
    IF |sN| is Very High THEN |uN| is Very High.
  • c) wird nach Art der üblichen Schwerpunktmethode zur Defuzzifi­ zierung der gemeinsame Schwerpunkt jener Flächen, welche sich unterhalb aller Zugehörigkeitsfunktionen befinden, die bei auf 1 normierten Abstand von der Schaltgeraden, der Ermittlung der normierten Stellgröße uN dienen gebildet, so befindet sich dieser Schwerpunkt zwischen 0,5 und 1.
2. Method for controlling a target slip of surfaces rubbing against one another under the action of force with the following features:
  • a) a change in force acting on the surfaces to regulate the slip is calculated according to u = ΔF = -K FUZZ · sat (S N / Φ) -λ · s with:
    K FUZZ the defuzzified and denormalized control result from the fuzzy controller: K FUZZ = K FUZZ N · F u ⁻ 1 N u as the denormalization factor.
    and: sat (x) = sgn (x) for | x | 1, sat (x) = x for | x | <1. determined, whereby
    e s = S should - S is
    S should : target slip
    S is : actual slip
    Index ⚫: time derivative S N = e SN + SN
    Index N : Normalized sizeS N : Distance from the switching line in the normalized phase planeΦ mean thickness of a boundary layer.
  • b) the fuzzy controller uses a linear rule set of at least the form: IF | s N | to determine the standardized manipulated variable µ N is Very Low THEN | u N | is very low
    IF | s N | is Medium THEN | u N | is medium
    IF | s N | is Very High THEN | u N | is very high.
  • c) If the common center of gravity for defuzzifying the common center of gravity of those surfaces that are below all membership functions that serve to determine the normalized manipulated variable u N at a standardized distance of 1 from the switching line, this center of gravity is located between 0.5 and 1.
3. Verfahren nach Anspruch 2, das periodisch durchgeführt wird.3. The method of claim 2, which is carried out periodically. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, bei dem minde­ stens eine zu den Eingangsgrößen es und es gehörige Kraftände­ rung ΔF in einer Wertetabelle abgelegt ist, auf die während ei­ nes Schlupfregelbetriebes zugegriffen wird.4. The method according to any one of claims 2 to 3, in which at least one force change ΔF associated with the input variables e s and e s is stored in a value table which is accessed during a slip control operation.
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