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原文传递机车控制电源变换器辨识建模与优化设计

论文题名：	机车控制电源变换器辨识建模与优化设计
关键词：	电力机车;开关电源变换器;故障检测;辨识模型
摘要：	随着我国铁路事业的飞速发展，铁路电气化改造不断加深。电力机车逐渐成为铁路运载工具的中坚力量。近二十年来，高速动车组列车成为客运运输的主体，未来铁路运输将更加高速、高效。在我国铁路发展过程中，开关电源变换器作为机车控制系统不可或缺的电器设备，机车控制系统中充当着重要角色。开关电源变换器作为一种新型的电源设备。在列车上使用广泛，再加上列车安全运行的重要性，开关电源变换器的故障检测、维护更换就显得尤为重要。开关电源变换器是一种时变混杂非线性系统，建立精确的开关电源变换器数学模型是对变换器进行仿真、分析和预测失效的基础。变换器设计电路结构复杂，需简化其辅助电路为可研究的简单电路结构。因主电路中各元件对其工作特性有影响，需分析变换器的工作特性以及主电路元件对其工作特性的影响。综上，搭建变换器系统实验平台，采集数据，建立数学模型，辨识模型中电路各组成原件的值的准确性，成为开关电源变换器故障检测的首要理论基础。　　首先从变换器实物出发，选取DC/DC buck降压型变换器作为研究对象。基于实物的设计电路，对该复杂电路进行简化，并对buck变换器的工作特性进行仿真分析。分析主电路中组成各元件对变换器输出电压和电感电流的影响，尤其对电容等效电阻值的变化引起电感电流和输出电压的波形的影响进行深入研究。发现电容等效电阻值的增大或减小会引起变换器电感电流和输出电压增大或减小，二者变化具有比例关系，并用数学关系式量化了这种比例关系，这种影响关系也决定了变换器在开始工作时由瞬态转化成稳态所用时间的长短。其次，基于工作特性的仿真结论，针对buck变换器不同工作状态下不同电路结构，利用基尔霍夫电压定律和电流定律建立电路方程，选用状态空间法将非线性的变换器系统线性化，建立buck变换器数学模型，得到模型的输入——输出状态方程以及控制—输出状态方程并对模型进行仿真验证。同时，在此前变换器工作特性的分析结果上，选取变换器的输出电压、输出电流、电容电压、电感电流以及输入电压作为实验数据采集对象，搭建实验平台，采集数据。在获得实验数据的前提下，利用模型的输入—输出状态方程，选取差分进化辨识算法对数学模型中各元件进行辨识对比，以此来判断变换器模型的准确性和电路各个元件的精度以及电路元件在工作中失效的可能性。最后，在模型控制——输出状态方程的基础上，对变换器的PID控制器补偿网络进行了简单的设计，并对其控制效果做验证分析。　　研究结果表明，建立buck变换器数学模型并对元件进行辨识，在模型的选择以及算法的选取上都有较理想的效果，对模型元件辨识结果也符合工业要求，提出了一种对变换器故障检测、维护更换有利的理论依据。
作者：	王龙军
专业：	车辆工程
导师：	苏程;田耕
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文