【摘要】：內(nèi)置式永磁同步電機具有體積小、效率高、維護量少等優(yōu)勢,越來越多的被用作城市軌道交通中的牽引電機。城市軌道交通站與站之間距離短、行車密度大,城軌車輛在啟動、加速、勻速行駛和制動等工況下進行頻繁切換,在這個過程中,城軌列車的牽引電機存在轉(zhuǎn)速超調(diào)、穩(wěn)定到參考轉(zhuǎn)速的時間長以及傳統(tǒng)滑模觀測器存在抖振和轉(zhuǎn)子位置信息估算有偏差等問題,長期如此不僅會影響電機的使用壽命、造成資源浪費,還降低了效率。為了降低轉(zhuǎn)速的超調(diào)量、節(jié)約能源、提高效率,針對上述問題,對城軌列車內(nèi)置式永磁同步電機控制系統(tǒng)的優(yōu)化展開研究。首先,建立城軌列車內(nèi)置式永磁同步電機數(shù)學模型,并對內(nèi)置式永磁同步電機在運行過程中電壓、電流和電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系進行分析,在低速段采用最大轉(zhuǎn)矩電流比的控制策略、中高速段采用弱磁控制策略提升轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍。然后,針對城軌列車內(nèi)置式永磁同步電機基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制算法中轉(zhuǎn)速超調(diào)和穩(wěn)定到參考轉(zhuǎn)速時間長等問題,采用隨機搜索算法對比例積分控制器的參數(shù)進行優(yōu)化,結(jié)果證明轉(zhuǎn)速超調(diào)量變小、提高了響應速度、大大縮短了穩(wěn)定到參考轉(zhuǎn)速的時間;針對內(nèi)置式永磁同步電機調(diào)速范圍小的問題,采用對勵磁電流進行補償?shù)姆椒▽崿F(xiàn)弱磁控制,提高了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的范圍。其次,針對傳統(tǒng)滑模觀測器存在抖振以及轉(zhuǎn)子位置信息估算有偏差等不足,在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系建立內(nèi)置式永磁同步電機的滑模觀測器模型,選取飽和函數(shù)作為開關(guān)函數(shù),采用鎖相環(huán)技術(shù)估算轉(zhuǎn)子位置信息和轉(zhuǎn)速,并通過MATLAB/Simulink驗證了城軌列車內(nèi)置式永磁同步電機無位置傳感器控制的有效性。最后,以內(nèi)置式永磁同步電機作為試驗電機,使用TI公司生產(chǎn)的DSP TMS320F28035芯片作為主控芯片,以C語言作為控制軟件編程語言,通過對實驗波形的分析,驗證了優(yōu)化算法的合理性。
【圖文】：

置式 PMSM 的控制系統(tǒng)設計及改進提供了理論依據(jù)。.1 永磁同步電機基本結(jié)構(gòu)和直流電機、異步電機一樣，PMSM 也是主要由定子和轉(zhuǎn)子等部分組成MSM 定子部分由定子鐵芯和定子繞組構(gòu)成，，因不需要勵磁繞組和直流勵磁，故取消了容易損壞的集電環(huán)和電刷裝置，成為無刷電機。轉(zhuǎn)子部分是 PM別于其它電機的最大差別，永磁體磁極取代了傳統(tǒng)的勵磁繞組在電動機氣產(chǎn)生磁感應強度。在定子繞組中通入三相電流后會形成旋轉(zhuǎn)磁場，由于在上安裝了磁極固定的永磁體，依據(jù)磁極的同性相斥異性相吸的原理，在定產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場會帶動轉(zhuǎn)子進行旋轉(zhuǎn)，最終轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與定子中旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速持平[66]。根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子中的位置進行區(qū)分，三相 PMSM 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)一般有三類面式、插入式和內(nèi)置式[67]，三種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的示意圖分別如圖 2-1(a)、圖 2-圖 2-1(c)所示。

雖然制作成本高、漏磁系數(shù)大，但弱磁升速，非常適合應用于城軌列城軌列車用內(nèi)置式 PMSM 作為對象步電機數(shù)學模型M 的數(shù)學模型變量多，耦合性強，需數(shù)學模型，主要包括靜止坐標系下的。其中，三相靜止坐標系(A-B-C)到，反之稱為 Clark 反變換；兩相靜止為 Park 變換，反之稱為 Park 反變。
【學位授予單位】：石家莊鐵道大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U264.1;TM341

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本文編號：2619227