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基于直线感应电机的轨道车辆碰撞调速控制系统研究
| 论文题名： | 基于直线感应电机的轨道车辆碰撞调速控制系统研究 |
| 关键词： | 直线感应电机;轨道车辆碰撞试验;调速系统;霍尔传感器 |
| 摘要： | 随着我国轨道车辆网络的逐步完善及车速的不断提高，轨道车辆安全性问题的重要性愈加凸显。为提高轨道车被动安全性，精确有效的碰撞测试在轨道车设计过程中必不可少。传统轨道车碰撞试验中试验车获得初速度后，经过一段惯性运动后撞墙。该方案难以精确控制碰撞速度，需要大量的实验积累经验，使得整体的实验不具有精确性和高效性。为解决上述问题，本文聚焦于研究一种高效率且高精度的轨道车辆碰撞试验调速系统。 针对传统碰撞试验台的不足，本文提出了基于直线感应电机的高精度轨道车辆调速方案。方案以传统轨道车试验线为基础平台，采用直线感应电机进行改进，构成新的碰撞试验平台。首先使用驱动车加速试验车至目标速度后脱钩，然后使用电机对试验车速度进行精确控制，使其最终以规定速度撞击测力墙。此外，本文还从安全性及实际需求等方面设计并搭建了系统硬件部分。 每次实车试验需要大量的准备，并且成本较高，所以在实车试验前先要对电机进行充分的仿真分析。因此本文建立了考虑末端效应的直线感应电机模型，并设计了相应的矢量控制器，最终通过仿真验证了控制器的效果。 由于本系统主要目的在于调速，所以得到精确的速度信号尤为重要，考虑到实际使用的传感器采样频率较低，且通过无线传输方式可能发生速度信号的丢失，本文设计了基于高阶滑与扩张状态观测器的速度观测器，使用观测速度与传感器采集速度的融合获得高精度且采样频率高的速度信号。在速度观测器的设计中，首先基于超螺旋二阶滑模算法与扩张状态观测器算法对电机磁链进行估计；接着通过Lyapunov方法获得电机速度与磁链的关系方程；之后通过卡尔曼滤波算法对两种速度信号进行融合；最终通过仿真验证并比较了各方法之间的性能优劣。 通过对系统整体方案的设计及上述理论的论证，最终搭建了基于直线感应电机的高精度轨道车调速平台。包括电气与控制部分的设计、选型、安装与调试，同时设计了基于PLC的控制程序与上位机显示界面。通过霍尔传感器采集电机电流与电压数据，在控制器中实现了速度观测器算法。通过所搭建的平台验证该调速系统的控制效果，最终的实验结果满足控制速度的精度需求。 |
| 作者： | 王立伟 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 邱剑彬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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