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基于矢量控制的轨道工程车牵引系统
| 论文题名： | 基于矢量控制的轨道工程车牵引系统 |
| 关键词： | 轨道工程车;牵引系统;矢量控制;异步调制;同步调制;载波比切换 |
| 摘要： | 轨道交通运输因其客运量大、安全可靠、环保的优点成为城市交通的重点。其中轨道工程车牵引系统的稳定性严重制约了轨道交通的发展。 本文研究的是异步调制转同步调制的轨道工程车牵引调速系统。牵引电机的矢量控制实现了电机磁链和转矩分开控制，从而能够得到如同直流电机控制一样的简单控制方法，矢量控制分为直接矢量控制和间接矢量控制。因转子磁链无法进行精确测量，控制精度无法得到保证，本文牵引调速系统选择间接矢量控制，这样转子磁链可以通过计算得到。间接矢量控制系统包含了脉宽调制模块、电机模块、坐标变换模块、电角度计算模块。又因为本文研究的是轨道工程车牵引调速系统。该系统要求电机最大运转速度和最小速度的差值够大，输出频率变化快。脉宽调制模块如果采用单一同步调制方式，电机基频上升，IGBT开关器件开断频率上升直至超过器件最高限制开关频率直至烧毁。如果单一地使用异步调制方式，当电机基频上升，载波比迅速降低，载波比太低会产生低频电流和转矩分量作用于牵引电机，牵引电机温度异常升高进一步导致电机过温烧毁。故本文的牵引变流器脉宽调制策略选择低频时异步调制高频时同步调制，可降低开关频率。但从异步调制向同步调制模式过渡时，如果强行将电压输出相位定位在同步角上，由于转换前输出电压的相位是随机的，因此导致转换输出电压前后相位差也是随机的，牵引电机电流极有可能将出现畸变，输出转矩出现突变，严重情况下将导致电机过流等故障。本文围绕异步调制和同步调制的转换在轨道工程车牵引系统中的应用进行研究，目的在于解决调制模式转换过程中的电流、转速、转矩、电压波形的抖动。本文主要探讨了异步调制与同步调制之间的切换时电压波形突变的成因和存在的解决策略缺点,并给出了一个全新的平滑切换策略,经MATLAB/simulink模拟证明了全新平滑切换策略理论的正确性与可行性。 另本文分析了轨道工程车牵引系统中长期运行的牵引电动机存在剩磁的问题，通过建立电机失电后状态方程求得剩磁表达式，通过表达式中涉及的电机暂态（时变）参数探索牵引异步电机的剩磁消除方法，并在 MATLAB/simulink环境下搭建异步电机失电后状态模型，并对提出的方法进行模拟仿真，仿真验证其提出的剩磁消除方法有效地消除了剩磁。 |
| 作者： | 张珏冰 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 陈鸿蔚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湘潭大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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