城軌車輛用永磁同步電機(jī)控制策略優(yōu)化研究.pdf

1、永磁同步電機(jī)是軌道交通車輛牽引系統(tǒng)的核心，可靠的高性能控制策略是保障列車安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵?，F(xiàn)有的城軌控制技術(shù)雖能基本滿足軌道車輛正常運(yùn)行的要求，但在惡劣路況或加速過程中出現(xiàn)輪對(duì)空轉(zhuǎn)時(shí)，列車牽引控制系統(tǒng)會(huì)立即調(diào)用防空轉(zhuǎn)算法，深度削減給定轉(zhuǎn)矩，使用現(xiàn)有的牽引電機(jī)控制策略，導(dǎo)致列車牽引電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性存在超調(diào)大，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，達(dá)不到列車控制要求，影響列車的運(yùn)行安全。此外，目前主要使用位置傳感器獲得牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息，反饋到矢量控制系統(tǒng)

2、中實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，保證永磁同步電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，但位置傳感器占用了列車轉(zhuǎn)向架空間，限制了牽引電機(jī)尺寸，且在惡劣情況下存在較高的故障率。論文針對(duì)這兩個(gè)問題展開控制策略優(yōu)化研究：
　　針對(duì)列車輪對(duì)空轉(zhuǎn)時(shí)，牽引電機(jī)動(dòng)態(tài)特性不足的問題，引入非奇異終端滑?？刂扑惴?，優(yōu)化牽引電機(jī)控制策略。分析軌道車輛輪周牽引力以及粘著控制原理，在d-q坐標(biāo)系下的永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，采用id*=0矢量控制方式，使用非奇異終端滑模算法代替矢量控制雙閉環(huán)中的P

3、ID算法，推導(dǎo)出非奇異終端滑?？刂品匠?，優(yōu)化牽引電機(jī)控制策略。在Matlab/Simulink環(huán)境下進(jìn)行列車不同的運(yùn)行工況的仿真分析，對(duì)比牽引控制系統(tǒng)執(zhí)行防空轉(zhuǎn)算法時(shí)非奇異終端滑模與PID的控制效果，分析所設(shè)計(jì)的非奇異終端滑模算法的魯棒性。
　　針對(duì)位置傳感器帶來的問題，將無傳感器技術(shù)應(yīng)用于列車牽引控制系統(tǒng)。在前面已優(yōu)化的矢量控制框架上，基于α-β坐標(biāo)系下的永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)一種新型滑模觀測(cè)器，將反電動(dòng)勢(shì)估算值反饋到電流觀

4、測(cè)器；使用Sigmoid函數(shù)代替開關(guān)函數(shù)削弱抖振；引入反電動(dòng)勢(shì)觀測(cè)器消除相位滯后；使用指數(shù)趨近律代替常值切換控制，優(yōu)化傳統(tǒng)滑模觀測(cè)器。在Matlab/Simulink環(huán)境下仿真分析，對(duì)比改進(jìn)前后的滑模觀測(cè)器對(duì)牽引電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)子角度的觀測(cè)效果，分析新型滑模觀測(cè)器在列車牽引控制系統(tǒng)執(zhí)行防空轉(zhuǎn)算法時(shí)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子信息的觀測(cè)效果。
　　結(jié)果表明：列車牽引電機(jī)使用非奇異終端滑?？刂扑惴?，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩超調(diào)量小、調(diào)節(jié)時(shí)間短、魯棒性好，可