基于永磁同步電機的蓄電池機車調(diào)速系統(tǒng)研究.pdf

1、礦用蓄電池機車是煤礦井下的重要運輸設(shè)備，大量的工程技術(shù)人員和裝備物資都需要通過它來調(diào)度，在煤礦的日常生產(chǎn)中起著重要的作用。目前大部分蓄電池電機車依然沿用傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)。由于直流電機存在機械換向結(jié)構(gòu)，加上礦井下的惡劣環(huán)境，致使其故障率高，可靠性差。同時還需要定期對其進行維護，更換碳刷，這些問題嚴重影響了蓄電池機車的日常使用。永磁同步電機(PMSM)近年來發(fā)展迅速，新一代采用稀土材料制成的PMSM具有體積小、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、幾乎免維護

2、的特點，特別適合在煤礦井下使用。
　　本文針對現(xiàn)有蓄電池機車在使用過程中存在的問題，提出了一種基于永磁同步電機的蓄電池機車調(diào)速系統(tǒng)。將高性能的矢量控制算法應(yīng)用其中，并引入了無速度傳感器控制技術(shù)，還給出了該調(diào)速系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計。本文主要討論了以下兩個方面的問題:
　　第一:針對直流調(diào)速系統(tǒng)存在的缺陷，設(shè)計出采用矢量控制算法的PMSM蓄電池機車調(diào)速系統(tǒng)。分析了PMSM的基本結(jié)構(gòu)和數(shù)學模型，引入了坐標變換的概念，并結(jié)合原理框圖

3、解釋了矢量控制算法技術(shù)如何在旋轉(zhuǎn)坐標系下實現(xiàn)對PMSM轉(zhuǎn)速和電流的雙閉環(huán)控制;針對PMSM的矢量控制，重點分析了最大轉(zhuǎn)矩電流比(MTPA)的電流控制策略和空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)算法;在MATLAB下對調(diào)速系統(tǒng)各項性能參數(shù)進行了仿真測試，并同傳統(tǒng)的恒壓頻比(V/F)控制效果進行了對比。
　　第二:針對機械式測速傳感器可靠性差的問題，將無速度傳感器控制技術(shù)引入到電機車調(diào)速系統(tǒng)中來，采用擴展卡爾曼濾波器(EKF)算法對電機的轉(zhuǎn)速

4、和轉(zhuǎn)子位置角進行估算。通過對PMSM狀態(tài)方程和測量方程進行線性化和離散化處理，推導出PMSM轉(zhuǎn)速和位置角估算的遞推流程和對應(yīng)的計算公式。在MATLAB下對EKF估計算法的可行性和運行效果進行了仿真測試;完成了以STM32F407為控制核心的蓄電池機車調(diào)速系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。
　　實驗的結(jié)果表明:采用無速度傳感器矢量控制(SVC)的PMSM蓄電池機車調(diào)速系統(tǒng)，在降低調(diào)速系統(tǒng)復雜度的同時，依然可以獲得優(yōu)良的動態(tài)性能和穩(wěn)速精度，可以很好的