【摘要】：近些年,永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)逐步應(yīng)用于軌道交通系統(tǒng)中。軌道交通系統(tǒng)的牽引傳動單元具有高電壓、大電流、寬運行速度范圍的特點,同時要求牽引電機具有在低開關(guān)頻率及方波工況下的運行能力。當PMSM應(yīng)用于軌道交通牽引傳動系統(tǒng)時,方波工況下的電機控制為弱磁控制,其轉(zhuǎn)矩控制性能的優(yōu)劣對軌道交通系統(tǒng)的高速安全穩(wěn)定運行具有十分重要的作用。本文對PMSM控制的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究,包含弱磁控制策略、電流軌跡控制策略、電機參數(shù)測量方法與補償策略和高速分相區(qū)的運行控制策略。論文的主要研究內(nèi)容如下:基于PMSM數(shù)學模型,在電流平面、電壓平面和磁鏈平面對運行限制曲線進行分析,明確了以電流平面為最簡研究平面,以電流軌跡為控制目標的研究思路。在電流平面中,集中研究了現(xiàn)有不同PMSM控制策略下電流軌跡的特點及相互間的關(guān)系。在非弱磁區(qū)需要選擇一個弱磁控制的前置控制策略,在弱磁區(qū)需要設(shè)計合理可控的電流軌跡。為了實現(xiàn)方波工況下單一自由度的電機運行控制,本文提出了一種單q軸電流調(diào)節(jié)器-變電壓矢量角(Single q-axis Current Regulator-Variable Voltage Angle,SQCR-VVA)弱磁控制策略。為了保證弱磁控制中電壓矢量角對轉(zhuǎn)矩可控的嚴謹性,驗證了全工況情況下電壓矢量角與轉(zhuǎn)矩間的單調(diào)性與有效的電壓矢量角調(diào)節(jié)范圍。SQCR-VVA弱磁控制通過單一的電流調(diào)節(jié)器實現(xiàn)了牽引和制動狀態(tài)下無弱磁控制器切換的控制,并提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能;在小信號范圍內(nèi),對弱磁控制的電流閉環(huán)系統(tǒng)的可控性進行了闡述,并給出了設(shè)計電流控制器的參數(shù)范圍。為了使輸出轉(zhuǎn)矩滿足軌道交通中不同轉(zhuǎn)矩牽引特性曲線的要求,提出了一種電流軌跡控制策略,包含非弱磁區(qū)的曲線擬合控制,弱磁區(qū)改進的電流工作點兩步調(diào)節(jié)法控制和改進的非弱磁與弱磁切換控制。電流工作點兩步調(diào)節(jié)法的控制目標為電流幅值最小,切換控制的切換判據(jù)變量選擇電壓與頻率。在恒速變載和恒載變速的電流軌跡基礎(chǔ)上,通過電流軌跡控制策略設(shè)計了百分比衰減轉(zhuǎn)矩檔位和百分比限制轉(zhuǎn)矩檔位的電流軌跡。為了控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩輸出的精度,提出了一種系統(tǒng)性的離線參數(shù)測量方法與一種適用于方波工況的在線參數(shù)補償策略。在系統(tǒng)低開關(guān)頻率特性的限制下設(shè)計簡單的測試工況來實現(xiàn)6種不同參數(shù)的離線測量。利用弱磁控制中電機參數(shù)不準對d軸電流響應(yīng)的影響,在線參數(shù)補償策略通過雙誤差分別補償q軸電感和d軸磁鏈,實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩精度的提升。為了將所提的弱磁區(qū)的控制策略應(yīng)用于實際大功率永磁同步電機牽引傳動系統(tǒng),本文采用仿真與實驗的統(tǒng)一工程進行相應(yīng)的驗證。對于實際軌道交通系統(tǒng)中高速分相區(qū)內(nèi)的惰行運行控制,分析了 SQCR-VVA弱磁方法對低制動轉(zhuǎn)矩工況的可控性。對于高速分相區(qū)內(nèi)封鎖脈沖情況,確定了系統(tǒng)的異常不控整流狀態(tài),推導了充電電流的響應(yīng)并提出設(shè)置安全轉(zhuǎn)速。對于方波工況的帶速重投工況,依據(jù)重投邏輯,提出了一種基于q軸電流為零的重投控制策略,實現(xiàn)了無電流沖擊的重投功能。最后,180kW永磁同步電機實驗平臺的地面試驗結(jié)果和1.2MW平臺的現(xiàn)場試驗結(jié)果驗證了本文所提的控制策略。實驗結(jié)果表明SQCR-VVA弱磁控制策略、電流軌跡控制策略、電機參數(shù)測量方法與補償策略和方波工況的帶速重投控制策略在軌道交通實際系統(tǒng)中應(yīng)用時具備優(yōu)良的性能。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM341;U239.5
【圖文】：

基于雙電流調(diào)節(jié)器（Ｔｗｏ邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋Ｒｅｇｕｌａｔｏｒｓ，邋ＴＣＲ）的弱磁控制，從傳統(tǒng)矢量控逡逑制中變化而來，保留了矢量控制中的兩個比例－積分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ，邋ＰＩ）調(diào)節(jié)逡逑器，分別控制ｄ軸電流和ｑ軸電流［３３’３４］，其基本控制結(jié)構(gòu)如圖１－１所示。逡逑電流指令邐電流調(diào)節(jié)器＿？邋電壓調(diào)整４逡逑生成與調(diào)整邋ｊ邋跟蹤環(huán)節(jié)調(diào)制控制逡逑邐電壓反饋控制環(huán)節(jié)邐逡逑圖１－１雙電流調(diào)節(jié)器弱磁控制的基本控制框圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｂａｓｉｃ邋ｆｌｕｘ－ｗｅａｋｅｎｉｎｇ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｂｌｏｃｋ邋ｂａｓｅｄ邋ｏｎ邋ＴＣＲ．逡逑弱磁控制主要有４個部分，分別為電流指令生成與調(diào)整、電流調(diào)節(jié)器跟蹤環(huán)逡逑節(jié)、電壓調(diào)整和調(diào)制控制和電壓反饋控制環(huán)節(jié)。在電流調(diào)節(jié)器跟蹤環(huán)節(jié)，控制器逡逑結(jié)構(gòu)特點為存在兩個并行的電流調(diào)節(jié)器。雙電流調(diào)節(jié)器弱磁控制的前向結(jié)構(gòu)與傳逡逑３逡逑

基于雙電流調(diào)節(jié)器（Ｔｗｏ邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋Ｒｅｇｕｌａｔｏｒｓ，邋ＴＣＲ）的弱磁控制，從傳統(tǒng)矢量控逡逑制中變化而來，保留了矢量控制中的兩個比例－積分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ，邋ＰＩ）調(diào)節(jié)逡逑器，分別控制ｄ軸電流和ｑ軸電流［３３’３４］，其基本控制結(jié)構(gòu)如圖１－１所示。逡逑電流指令邐電流調(diào)節(jié)器＿？邋電壓調(diào)整４逡逑生成與調(diào)整邋ｊ邋跟蹤環(huán)節(jié)調(diào)制控制逡逑邐電壓反饋控制環(huán)節(jié)邐逡逑圖１－１雙電流調(diào)節(jié)器弱磁控制的基本控制框圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｂａｓｉｃ邋ｆｌｕｘ－ｗｅａｋｅｎｉｎｇ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｂｌｏｃｋ邋ｂａｓｅｄ邋ｏｎ邋ＴＣＲ．逡逑弱磁控制主要有４個部分，分別為電流指令生成與調(diào)整、電流調(diào)節(jié)器跟蹤環(huán)逡逑節(jié)、電壓調(diào)整和調(diào)制控制和電壓反饋控制環(huán)節(jié)。在電流調(diào)節(jié)器跟蹤環(huán)節(jié)，控制器逡逑結(jié)構(gòu)特點為存在兩個并行的電流調(diào)節(jié)器。雙電流調(diào)節(jié)器弱磁控制的前向結(jié)構(gòu)與傳逡逑３逡逑

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 方曉春;胡太元;林飛;楊中平;;基于交直軸電流耦合的單電流調(diào)節(jié)器永磁同步電機弱磁控制[J];電工技術(shù)學報;2015年02期

2 解培金;劉卓;閆磊;陳文光;;沈陽地鐵二號線車輛永磁同步牽引系統(tǒng)[J];大功率變流技術(shù);2012年03期

3 何亞屏;文宇良;許峻峰;馮江華;;基于多模式SVPWM算法的永磁同步牽引電機弱磁控制策略[J];電工技術(shù)學報;2012年03期

4 王琛琛;周明磊;游小杰;;大功率交流電力機車脈寬調(diào)制方法[J];電工技術(shù)學報;2012年02期

5 廖勇;伍澤東;劉刃;;車用永磁同步電機的改進MTPA控制策略研究[J];電機與控制學報;2012年01期

6 Pino Cordini;吳新民;;阿爾斯通第四代新型高速列車AGV[J];國外鐵道車輛;2011年06期

7 唐濤;;自主研發(fā)是解決我國高速鐵路發(fā)展的根本途徑[J];經(jīng)濟研究參考;2011年61期

8 馮江華;;軌道交通永磁同步牽引系統(tǒng)研究[J];機車電傳動;2010年05期

9 柯以諾;;永磁同步電機傳動系統(tǒng)在電動車輛上的應(yīng)用[J];大功率變流技術(shù);2009年05期

10 朱q

本文編號：2714988