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李永东接受CCTV4专访——《鲁健:一场350公里的对话》

发布日期:2022-06-17

在中国铁路全部4153列动车组中,京张高铁“瑞雪迎春”复兴号列车是与众不同的存在。它为北京冬奥会需求量身打造,在全球首次实现时速350公里的全自动驾驶,与北斗导航系统相连,自动启动、停止、开门,完全不需要靠人为操控。

本期《鲁健访谈》主持人鲁健登上这趟列车上与电机控制专家李永东展开对谈,“解剖”了京张高铁的“心脏”和“大脑”。


40年前,李永东在法国留学期间萌发了为祖国开发高速列车的想法,回国后曾在10年里坚持开展电机控制设备小型化实验并最终成功。他亲历了中国高铁的磁悬浮和轮轨技术之争,见证了中国高铁从最初引进吸收到现在自主研发的整个过程。

“未来电机控制将更加自动化和智能化,AI、人工智能都会用到电机控制。”李永东与同事们在电机控制研究领域的脚步从未停下,他们在未来还会带来哪些惊喜,令人期待。


四十年前与高铁结缘

李永东出生在张家口,家就在火车站旁边,装满货物的蒸汽机冒着烟,这一幕是他脑海中的深刻烙印。4岁时李永东在硬座上熬了一宿,从张家口来到北京周边的爷爷家。这些与火车有关的经历成为他儿时记忆的重要组成部分。而今乘坐京张高铁,从北京清河站至张家口太子城站最短仅需50分钟。“感慨万分。原来时速是35公里,现在是350公里,差了十倍。”

李永东参与研发的是高铁的电力牵引——交流电机矢量控制技术,每节车厢都配备驱动和控制单元,列车因此运行更平稳,速度更快。他将电机比喻为高铁的心脏,“我们研究电机的控制,相当于给心脏加上大脑,控制它的运转,让它会反馈、会思考、会反应。”

李永东与高铁结缘于40年前,当时中国大部分火车还是绿皮车。上世纪80年代初,法国建成了从巴黎到里昂的高速铁路,运营时速达到270公里,引起世界瞩目。1983年,李永东从哈工大毕业后到法国留学,在图卢兹的国家理工学院实验室进行研究。“我是学电机控制的,上课的时候偶尔问法国同学,他们的高速铁路到底用是什么电机控制的,人家说这是最高商业秘密,这给我的打击很大。”自此,李永东萌发了为祖国开发高速列车的想法。


在研发路上不断试错

李永东回国后进入清华大学电机工程系,他领导的实验室很早就开始了地铁、电力机车牵引系统的专题研究。“1988年、1989年国家已经立了项,我们去了铁道部谈合作。当时条件也确实比较差,包括国内的实验室用的东西、元器件都还是比较落后的。做出来体积非常大,车上没有地儿装,我们就首先从小型化着手,研究一个新的器件。”

在北京大山子附近的实验室车间里,李永东和同事们不断试错,“驱动和保护都是一些复杂的电路,设计不好动不动就烧了,几百、上千块钱的器件就没了,所以大家都特别小心。冬天透风,冻得要命,我们给调程序的同学脚底下安个电暖气,其他人就跑来跑去活动起来。 ”

电机控制设备小型化经过4、5年反复实验,成功走出实验室后先是在工厂、电厂、自来水厂的车间里进行推广。“随着功率逐渐上来,在2001年左右开始研究用在火车上。从1989年到2001年,经过了10年。”


坚定自主研发核心技术

中国高铁从最初的引进吸收到现在的自主研发,整个过程李永东都身处其中,他始终坚定核心技术必须靠自主研发。“开始阶段是对国外先进技术引进消化的过程,但是引进的价格非常贵,而包括控制软件、信号软件等核心技术人家不会给咱们,最后还得要自主研发软件。”

李永东也亲历了中国高铁的磁悬浮和轮轨技术之争,他在当时支持传统轮轨,“磁悬浮的技术是非常先进的,但比较贵,在当时来说国家需要承担的成本太高,轮轨电机比较实用。”科技不断发展,国家经济实力提升,现在的中国已完全掌握了磁悬浮技术,“2021年7月,时速600公里的磁悬浮高铁正式下线。”

而今中国高铁不断“缩短”着城市之间的距离。按照国家规划,京台高铁有望在2035年之前建成通车,将给沿线人民出行带来极大便利。“目前京台高铁采用轮轨高铁,商业速度400公里,试验速度能达到600公里。”

实际上,600公里已不是高铁速度的上限。随着科技的进步,真空管道运输的设想正在一步步向现实迈进。李永东称,目前中国也正在推进真空管道磁悬浮交通系统试验。“真空管道就相当于列车是在一个完全密闭的没有摩擦消耗的空间中,一旦启动消耗的功率也不是特别大,理论上时速几千公里都可以。”


电机控制应用无处不在

在电机实验室,李永东向鲁健展示了新能源汽车的电机测试。天天与电机打交道,做实验时间长很枯燥,但李永东却能得到独有的乐趣,“对于电机来说,错的输入就有错的输出,但是你给它一个好的输入,输出就可以转得很漂亮很平稳,噪音很低。”他说当调试出来的结果达到满意时就会非常高兴,“有一种成就感。”

“中国每年发电量几万亿度,照明占百分之十几,计算机占百分之十几,60%以上都是被电机消耗掉了。”目前电机控制应用无处不在。李永东称,未来电机控制将更加自动化和智能化,AI、人工智能都会用到电机控制,信息社会和传统社会结合需要电机控制,“这个有点摸着第四次工业革命的边了。”智能化以后会向着零碳社会或低碳社会进步,“未来一个房间可能是零碳的,能源直接从太阳能或风电而来。北京冬奥会用的就全是风电,张北的风点亮北京的灯。”

李永东认为,从电机控制的角度来说,中国有条件去引领第四次工业革命。“中国现在属于电机控制的最大制造国和最大消费国,实现了内循环,所以说是有条件的,当然我们也要进一步学习国外的先进东西。”


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