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基于机车整流器非线性控制的高速铁路低频振荡抑制方法
| 论文题名： | 基于机车整流器非线性控制的高速铁路低频振荡抑制方法 |
| 关键词： | 高速铁路;低频振荡;自抗扰控制;机车整流器;非线性控制 |
| 摘要： | 近年来，国内相继出现了多起高速铁路牵引网低频振荡事故，振荡严重时甚至导致机车牵引封锁无法正常运行，严重影响了铁路的正常运输秩序。对我国高速铁路的发展构成了极大的威胁，明确其发生机理并找出经济可行的抑制措施刻不容缓。电力机车整流器控制策略是诱发车网低频振荡现象的一个重要因素，本文首先通过分析简化牵引网模型和电力机车模型构建了车网耦合系统仿真模型;随后以整流器控制策略为主要研究对象，结合非线性控制策略在电力系统三相整流器控制领域表现出的优势，设计了H∞鲁棒控制器，实现了单相整流器的d-q解耦控制;为了提高整流器抵抗外部扰动的特性，设计了一阶非线性自抗扰控制器(Active Disturbance Rejection Control，ADRC);通过在车网耦合系统仿真模型中的仿真对比分析，验证了所提控制方法的控制性能和对低频振荡振荡的抑制能力。 首先，针对我国高速铁路车网低频振荡现象，以CRH3型动车组为例，进行牵引网和电力机车建模，合理对牵引网进行降阶并简化逆变器和牵引电机模型，搭建了低频振荡车网耦合系统模型。 其次，建立基于d-q坐标的单相整流器数学模型，确定H∞控制状态变量，通过分析H∞混合灵敏度问题，结合控制工程经验加权函数的选取，引入粒子群智能优化控制器参数求解黎卡梯方程，最终实现了H∞鲁棒控制。通过Matlab/Simulink平台和RT-LAB平台仿真验证了该控制方法的控制效果，也在搭建的车网耦合系统模型中验证了对低频振荡的抑制性能。 最后，为了增强整流器的抗扰特性，借鉴自抗扰控制理论，设置过渡过程，计算扩张状态观测器以及非线性控制率，设计了一阶非线性自抗扰控制策略。通过引入非线性控制函数，优化了控制器性能，将外部扰动和系统内部扰动归结为总扰动，并给出相应的动态非线性补偿，提高了整流器对外部扰动的鲁棒特性和对控制对象自身参数变化的不敏感性。与传统方法相比较，通过两重化整流器和车网耦合系统仿真验证了该方法的控制性能和对低频振荡的抑制效果。 |
| 作者： | 姚书龙 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 刘志刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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