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基于无速度传感器的牵引电机间接定子量控制研究
| 论文题名： | 基于无速度传感器的牵引电机间接定子量控制研究 |
| 关键词： | 轨道交通车辆;牵引电机;间接定子量控制;无速度传感器;电路设计 |
| 摘要： | 牵引系统作为轨道交通车辆的核心部分，直接决定了车辆运行的稳定性和安全性。且随着电力电子器件以及数字信号处理技术的发展，大功率交流调速技术也得到了快速发展，其中直接转矩控制技术作为一种思想新颖、控制结构简单的交流调速方法，在众多控制策略中脱颖而出，但直接转矩控制在低速存在转矩脉动较大、电流谐波较多等缺点，需要进一步优化改进。另外，由于车辆经常运行在恶劣环境运行中，导致速度传感器故障率较高，因此对无速度传感器技术的研究具有重要的理论和实际意义。基于上述存在的问题，本文以牵引电机为研究对象，对无速度传感器直接转矩控制技术进行了深入研究。 首先，回顾了交流调速技术的发展，包括功率器件的发展，电机控制策略的发展，和无速度传感器技术的发展，并简要概述了数字信号处理(DSP)技术的进步对交流调速系统数字化的影响。从异步电机两相静止坐标系下的数学模型出发，阐述了逆变器数学模型和电压空间矢量的概念以及电压空间矢量调制(SVPWM)相关理论。 针对传统直接转矩控制中低速转矩脉动的问题，对全速范围异步电机间接定子量控制(ISC)进行了研究。考虑牵引电机大部分时间工作在额定转速以上，在对比分析了两种弱磁控制方案后，选择了一种基于ISC控制原理且不含积分环节的方案，实现了基速区和弱磁区的平滑切换。针对死区对电压型逆变器输出电压计算的影响，研究了一种死区补偿方案，仿真结果表明该方案可有效降低谐波损耗并减小转矩脉动。 在直接转矩控制系统中需要实时的对磁链进行准确估算，而传统的定子磁链观测器存在积分误差和参数鲁棒性较差等问题，为解决磁链观测误差导致的系统失稳，本文研究了两种基于现代控制理论的磁链观测器，有效解决了积分误差和定子电阻阻值变化对磁链观测的影响。此外，在模型参考自适应理论和滑模理论的基础上，分别运用Popov超稳定性法则和Lyapunov第二稳定性原理推导出了各自的转速自适应率，并通过仿真验证了两种无速度方案的准确性。另外，在牵引传动系统中，瞬时过流、过压保护、过电分相和长期惰行等原因会引起逆变器封锁，此时无速度算法将失效，为避免在无速度信息的情况下重启逆变器产生的过电流和转矩冲击，研究了一种逆变器解除封锁后的重投策略，并通过仿真验证了该策略的可行性。 最后，以TI公司的TMS320F2812DSP作为主控芯片，参考电机控制需要的外围硬件电路设计，设计了三相异步电机控制板，并与现有的整流桥、逆变桥和牵引电机机组组成了完整的三相异步电机控制平台。并通过该实验平台验证了转速辨识算法的可行性。 |
| 作者： | 陈宇飞 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 王远波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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