基于定子磁鏈觀測(cè)的大功率永磁同步牽引電機(jī)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制.pdf

1、永磁同步電機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Motor)應(yīng)用于牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中，需要根據(jù)對(duì)其下發(fā)的轉(zhuǎn)矩指令來(lái)進(jìn)行控制。目前常用的永磁同步牽引傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩控制方法如查表法、公式計(jì)算轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制等方法都存在受電機(jī)電感參數(shù)變化的影響，轉(zhuǎn)矩控制精度不高的問(wèn)題。方波工況下采用電壓相角法弱磁控制，能在電壓幅值飽和的情況下繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，但想要對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，也需要觀測(cè)到精確的轉(zhuǎn)矩作為反饋量。大功率牽引傳動(dòng)系統(tǒng)受開(kāi)關(guān)器件

2、的限制需要保持較低的開(kāi)關(guān)頻率，受接觸網(wǎng)電壓的限制需要過(guò)渡到方波工況，而傳統(tǒng)的過(guò)調(diào)制方法電壓不對(duì)稱性嚴(yán)重。針對(duì)上述問(wèn)題，本文對(duì)轉(zhuǎn)矩觀測(cè)方法和永磁同步電機(jī)全速域轉(zhuǎn)矩控制進(jìn)行了研究。
　　首先基于PMSM擴(kuò)展磁鏈數(shù)學(xué)模型，建立了狀態(tài)觀測(cè)器。擴(kuò)展磁鏈狀態(tài)觀測(cè)器通過(guò)永磁同步電機(jī)的電壓、電流和轉(zhuǎn)速來(lái)觀測(cè)擴(kuò)展磁鏈，然后根據(jù)擴(kuò)展磁鏈計(jì)算出定子磁鏈。這種方法觀測(cè)到的定子磁鏈不受電機(jī)電感參數(shù)變化的影響。根據(jù)永磁同步牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的需求對(duì)觀測(cè)器的極點(diǎn)進(jìn)行

3、配置。通過(guò)仿真驗(yàn)證了其收斂性和參數(shù)魯棒性。
　　通過(guò)觀測(cè)的定子磁鏈與定子電流計(jì)算出電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，定子電流和定子磁鏈的精度都不受電機(jī)電感參數(shù)變化的影響，因此估算轉(zhuǎn)矩的精確性也不受電感參數(shù)變化的影響，保證了轉(zhuǎn)矩環(huán)反饋量的準(zhǔn)確性。接下來(lái)分析了電流控制策略，為了減小牽引傳動(dòng)系統(tǒng)損耗采用MTPA控制方式;為了在逆變器電壓飽和時(shí)還能提升轉(zhuǎn)速并控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，采用了電壓相角法弱磁控制;根據(jù)上述分析，結(jié)合轉(zhuǎn)矩觀測(cè)方法提出了基于定子磁鏈觀測(cè)的永磁同步

4、牽引系統(tǒng)全速域轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方案，通過(guò)仿真對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制受電感參數(shù)變化的影響進(jìn)行了定量分析。另外為了保證調(diào)制能夠從線性區(qū)順利過(guò)渡到方波，提出了變載波頻率過(guò)調(diào)制的方法，對(duì)該方法和基本矢量鉗位同步調(diào)制進(jìn)行了分析和實(shí)驗(yàn)。
　　搭建了基于TMS320VC33控制器的300kW永磁同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。首先在該平臺(tái)驗(yàn)證了基于擴(kuò)展磁鏈觀測(cè)器的磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)準(zhǔn)確性;然后將估算轉(zhuǎn)矩作為反饋，進(jìn)行了恒轉(zhuǎn)矩區(qū)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn);最后