原文传递
城轨车辆用永磁同步电机控制策略优化研究
| 论文题名： | 城轨车辆用永磁同步电机控制策略优化研究 |
| 关键词： | 城轨车辆;永磁同步电机;空转现象;非奇异终端滑模;控制策略 |
| 摘要： | 永磁同步电机是轨道交通车辆牵引系统的核心，可靠的高性能控制策略是保障列车安全稳定运行的关键。现有的城轨控制技术虽能基本满足轨道车辆正常运行的要求，但在恶劣路况或加速过程中出现轮对空转时，列车牵引控制系统会立即调用防空转算法，深度削减给定转矩，使用现有的牵引电机控制策略，导致列车牵引电机的动态特性存在超调大，调节时间长等缺点，达不到列车控制要求，影响列车的运行安全。此外，目前主要使用位置传感器获得牵引电机转子的位置信息，反馈到矢量控制系统中实现闭环控制，保证永磁同步电机的平稳运行，但位置传感器占用了列车转向架空间，限制了牵引电机尺寸，且在恶劣情况下存在较高的故障率。论文针对这两个问题展开控制策略优化研究： 针对列车轮对空转时，牵引电机动态特性不足的问题，引入非奇异终端滑模控制算法，优化牵引电机控制策略。分析轨道车辆轮周牵引力以及粘着控制原理，在d-q坐标系下的永磁同步电机数学模型基础上，采用id*=0矢量控制方式，使用非奇异终端滑模算法代替矢量控制双闭环中的PID算法，推导出非奇异终端滑模控制方程，优化牵引电机控制策略。在Matlab/Simulink环境下进行列车不同的运行工况的仿真分析，对比牵引控制系统执行防空转算法时非奇异终端滑模与PID的控制效果，分析所设计的非奇异终端滑模算法的鲁棒性。 针对位置传感器带来的问题，将无传感器技术应用于列车牵引控制系统。在前面已优化的矢量控制框架上，基于α-β坐标系下的永磁同步电机数学模型，设计一种新型滑模观测器，将反电动势估算值反馈到电流观测器；使用Sigmoid函数代替开关函数削弱抖振；引入反电动势观测器消除相位滞后；使用指数趋近律代替常值切换控制，优化传统滑模观测器。在Matlab/Simulink环境下仿真分析，对比改进前后的滑模观测器对牵引电机反电动势、转速以及转子角度的观测效果，分析新型滑模观测器在列车牵引控制系统执行防空转算法时对电机转子信息的观测效果。 结果表明：列车牵引电机使用非奇异终端滑模控制算法，电机输出转矩超调量小、调节时间短、鲁棒性好，可以很好地跟踪给定转矩的变化，具有良好的动态特性，执行防空转算法的控制效果明显优于传统PID控制；改进后的滑模观测器明显削弱了高频抖振干扰信号，解决了相位滞后问题，避免了相位补偿环节，降低了估算误差；列车牵引控制系统执行防空转算法时，新型滑模观测器仍可以准确地观测电机的转子信息。论文所采用的两种优化控制策略提高了城轨车辆运行的稳定性，保障了列车运行安全，极具工程实用价值。 |
| 作者： | 韩清 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 余朝刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海工程技术大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
