基于FPGA的虚拟异步电机系统的半实物实时仿真

提出一种基于数字化虚拟电机控制器的半实物实时仿真测试方法。利用现场可编门阵列(FPGA)建立三相异步电机及逆变器的虚拟电机系统模型,系统的仿真步长为1μs,逼近真实工况。在离线仿真环境MATLAB/Simulink中开发按转子磁链定向的矢量控制方法,实现RTW方式写入dSPACE控制器。搭建基于虚拟异步电机系统的硬件在环(HIL)实时仿真平台,并完成测试。在全实物平台上实施异步电机空载/负载工况下的矢量控制试验,通过与HIL试验结果的对比,验证了虚拟异步电机系统的有效性和准确性。     

基于笼型异步电机的地铁牵引试验平台研究

针对地铁牵引试验的要求,提出了"双逆变器-电机"结构的地铁牵引试验平台设计方案。基于笼型异步电机,采用转子磁场定向矢量控制方法,建立了Matlab/Simulink环境下的地铁牵引试验平台仿真模型,并进行了地铁列车牵引过程和制动过程的仿真。仿真结果验证了设计方案的有效性和正确性。     

交流电传动轨道车牵引系统设计

针对国内首台交流传动重型轨道车牵引系统研制,完成整车交流电传动系统方案设计,并运用干线机车牵引计算方法,完成整车牵引/制动特性和牵引系统各关键部件的主要技术参数计算,通过系统级半实物仿真测试和整车台架滚动试验,验证了牵引系统设计的符合性.     

基于感应电机定子磁链U-N模型的速度自适应辨识方法

文中研究了基于异步电机定子磁链U-N模型的速度辨识问题。建立了基于异步电机Γ-型参数的状态方程,给出了基于U-N模型的定子磁链观测器;基于李雅普诺夫稳定性理论推出了速度自适应律,给出了基于这种全阶磁链观测器方案的模型参考自适应速度辨识方法。研究了异步电机无速度传感器的直接转矩控制方案,建立了此方案的Matlab仿真模型进行仿真分析;在搭建的牵引电机试验平台上进行了试验研究,并给出了Matlab数字仿真结果以及试验结果。仿真结果和试验结果表明辨识转速能够准确地跟踪实际转速,证明了基于定子磁链U-N模型的速度自适应辨识方法的有效性和实用性。     

车用异步电机的电磁噪声分析与抑制

分析车用异步电机的电磁噪声问题。分析一台电动汽车牵引用异步电机空载噪声过大的原因,定位噪声的主要来源。基于Ansys Workbench多物理场仿真分析平台建立样机的电磁-结构-声场仿真模型,对样机的电磁噪声进行仿真预测,并通过试验测试和有限元仿真的噪声频谱对比验证电磁噪声仿真的正确性。对样机电磁噪声过大的原因进行理论分析,通过更改槽配合抑制电磁噪声,并通过噪声测试验证理论分析的正确性。     

基于RT-LAB的高空飞艇半实物仿真系统设计

半实物仿真相较全数字仿真可更加高效、精确、快速的反应控制系统的控制特性,以RT-LAB仿真系统为半实物仿真工具,通过建立以高空飞艇为研究对象的半实物仿真系统。使用RT-LAB软件将数字仿真模型转换为半实物仿真系统所要求的实时仿真模型,通过对高空飞艇的飞行控制系统半实物仿真,验证了该半实物仿真系统的可行性以及高空飞艇的飞行控制系统正确性。试验结果表明,使用RT-LAB作为半实物仿真工具可以顺利的为飞行控制系统的试验验证提供有效的保障。     

基于矢量控制直流母线振荡抑制的研究

直流侧LC电路参数不匹配或者控制算法不当会引起异步电机牵引系统的母线电压、电流会产生振荡,降低系统稳定性。针对以上本文建立了牵引系统数学模型,并通过Matlab仿真软件建立了异步电机直流侧振荡抑制牵引系统的仿真模型,进行了仿真研究,提出了基于矢量控制算法振荡抑制控制策略,对直流侧母线电压、电流产生振荡进行有效地抑制,仿真结果验证了本文提出方法的合理性。最后通过地面联调试验验证了本文提出方法的可行性。     

单周期控制在牵引传动系统拍频抑制中的应用

针对电气化铁路单相交流供电及列车网侧牵引变流器拓扑特点所引起的牵引电机拍频问题,首先分析了直流侧电压存在2倍电网频率脉动的特征,针对直流侧无LC滤波器的交-直-交电力牵引传动系统,揭示了当逆变器的工作频率接近2倍电网频率时电机拍频现象最为严重的原因。然后利用单周期控制在输入电压脉动时仍能满足伏秒平衡的原理,并结合间接转子磁场定向矢量控制,提出将单周期控制算法作为牵引逆变器的调制策略,实现牵引逆变器-电机系统的无拍频控制。最后,搭建基于OP5600/RT-LAB实时仿真器与DSP TMS320F2812控制器的牵引传动系统半实物实验平台,对传统空间矢量脉宽调制与单周期控制算法进行了半实物实验对比验证,结果表明单周期控制算法能有效地抑制电机的拍频现象。     

基于MATLAB的地铁牵引控制系统仿真研究

地铁牵引控制系统是决定地铁稳定运行的核心部分,地铁牵引负荷选择交流异步电机控制,提出了转差频率矢量控制方法,介绍了其工作原理并建立了数学模型。利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了地铁牵引传动系统模型,通过对比分析牵引电机空载起动与施加负载后相关电气特性的变化,来模拟地铁列车从空载到载客,可得牵引电机的定子磁链从无规则变化经过0.2s后快速形成规则的圆形轨迹,最后牵引电机达到稳定运行。仿真结果表明,采用转差频率矢量控制策略使地铁牵引具有良好的控制性能。     

基于dSPACE的高速列车牵引传动系统

针对高速列车二极管中点箝位三电平拓扑牵引逆变器-牵引电机系统运行控制的要求,对牵引电机运行全速度范围中基于转子磁通控制的变频调速控制方式进行了分析,给出了转子磁场定向间接矢量控制功能框图并对实现算法进行了详细阐述。考虑死区效应和PWM采样误差的影响提出了三电平牵引传动主电路精确建模的补偿算法,建立了基于dSPACE半实物仿真平台的牵引传动主电路实时仿真模型,根据上述理论分析编制了基于TMS320F2812型DSP的牵引传动控制实现算法。对该控制算法在不同的主电路模型实现算法和不同计算步长下的实时仿真实验结果进行了对比分析,结果验证了该牵引传动主电路实时仿真建模算法和传动控制算法的有效性。     

基于HIL仿真试验平台的动车组电机缺相故障研究

牵引控制系统中异步电机定子绕组发生故障,导致定子绕组不对称连接,严重影响动车组(EMU)牵引控制系统的安全稳定运行。针对牵引控制系统中异步电机定子一相绕组缺相故障,考虑端电压约束条件,推导电机一相缺相的数学模型,并基于硬件在环(HIL)仿真试验平台对数学模型进行验证。详细阐述了HIL测试平台的系统框架,设计实现方法,软硬件连接配置。将Xilinx软件下搭建的电机缺相数学模型下载至dSPACE仿真机上运行,与牵引控制单元(TCU)连接,进行HIL仿真,通过检测算法对电机缺相故障作出判断与处理。结果表明该仿真测试平台的有效性,可提供接近真实的测试环境,为牵引控制系统电机缺相故障诊断与算法功能开发提供了理论基础和设计依据。     

基于LS-SVM的列车牵引电机电流实时估计

为满足列车牵引传动系统在牵引电机状态监测、异常诊断与预测等领域对牵引电机定子电流准确估计的需求,提出了一种基于多工况最小二乘支持向量机（LS-SVM）模型的牵引电机电流实时估计方法。该方法结合牵引电机参数和转矩转速试验测量数据,利用牵引电机机理模型计算得到定子电流估计值;然后根据列车运行规律将其分为多个运行工况,基于历史运行数据的相关变量建立各工况下定子电流的LS-SVM估计模型并研究列车不同运行工况对模型精度的影响,基于多工况模型实现牵引电机全工况下电流的实时有效估计。通过实际运行数据验证了所提方法的有效性和可行性。     

一种内置式永磁同步电机设计与性能评估

根据电动汽车在额定工况下的牵引力要求,针对中型商用电动汽车设计了60kW内置式永磁同步电机。首先,根据永磁同步电机理论计算关键尺寸。其次,利用有限元方法FEM)仿真模型分析了永磁体尺寸、偏斜对电机电磁转矩的影响,并计算了电机在不同工作条件下的温度分布、损耗以及工作效率。最后,制造了试验样机并搭建实验平台,在不同工作模式下验证样机性能并与FEM仿真结果进行对比,验证了有限元设计的可行性和准确性,为电动汽车用电机的设计提供理论参考。     

一种基于滑模观测器的动车组整流器控制策略研究

为改善车网耦合系统在多工况运行下的直流电压抗干扰能力,提出了一种基于滑模观测器的动车组网侧整流器滑模控制策略(sliding mode control method based on sliding mode observer, SMO+SMC)。首先,通过建立CRH3型动车组在dq坐标系下的数学模型,推导了滑模观测器的设计方程。接着,利用滑模观测器实时观测牵引电机输出功率后间接得到整流器直流侧电流,将滑模观测器的输出提供给滑模控制的外环电压控制模块,实现滑模观测器和滑模控制的结合。最后,将PI、滑模控制和SMO+SMC策略分别应用于CRH3型动车组仿真模型,对多工况下整流侧直流电压控制效果进行分析验证,并基于HIL小步长实时仿真测试平台进行了半实物实验。仿真和实验结果表明,SMO+SMC策略可以提高动车组运行速度改变时的直流电压抗干扰能力和车网耦合运行时网侧电流的稳定性。     

基于频率自适应 PLL 的传动系统牵引电机转速实时估计

为满足传动系统在牵引电机无速度传感器控制、速度传感器异常诊断与预测等领域对牵引电机转速精确估计的要求,提出了一种基于频率自适应锁相环的转速实时估计方法。首先针对传统锁相环(PLL)算法无法实现频率大范围跟踪问题,提出了一种前馈参考频率自适应调节的二阶广义积分锁相环(RFSOGI-PLL)算法,实现定子电流基波频率的大范围实时跟踪;再利用牵引电机转速与定子电流基波频率以及齿槽谐波关系模型,结合电机结构参数,实现了传动系统牵引电机转速大范围实时估计;最后在某型大功率交流传动系统上对所提算法的有效性进行了验证。仿真与试验结果表明,与传统PLL算法相比,所提的RFSOGI-PLL算法可有效提升算法对跟踪频率变化的适应性,满足牵引电机转速估计在快速性和估计误差等指标方面的要求。     

基于功率动态分配的自动驾驶机车牵引电机节能控制

为了降低大功率机车牵引电机运行能耗,提出了一种基于牵引功率动态分配的机车牵引电机节能控制方法。首先,结合现场运行数据,建立牵引电机效率与其发挥牵引力及运行速度间的数学模型。然后,利用机车自动驾驶系统规划的区间速度及牵引力运行曲线,基于所建立的数学模型对不同牵引力分配策略下综合牵引电机能耗指标等进行计算,并选择最小化目标函数值的牵引力功率分配方案,控制机车各轴牵引力输出。最后,基于HX D 1型自动驾驶机车现场某条线路各区间运行数据,对所提方法进行仿真分析,验证了该方法的有效性。     

高速动车组牵引变流器热容量

在分析高速动车组牵引变流器冷却系统结构及工作原理的基础上,利用ANSYS软件构建了冷却系统中空气—水热交换器的有限元仿真模型,对热交换器温度场及空气流场进行了仿真研究;为了验证更高运行速度下高速动车组牵引变流器冷却系统能否满足散热需求,设计并搭建了牵引变流器热容量测试平台,利用该测试平台在武广客运专线对CRH3型高速动车组牵引变流器温升参数及冷却系统通风量进行了动态测试研究。试验结果表明在高速运行工况下,牵引变流器冷却系统进风量将减小,但CRH3型高速动车组牵引变流器冷却系统仍然能满足动车组以330km/h高速持续运行的要求,试验测试结果验证了仿真结果的正确性。在国内首次对高速动车组牵引变流器热容量进行了实车测试研究,为新一代时速380km/h高速动车组的设计奠定了一定的理论和实践基础。     

大功率电力牵引控制系统硬件在回路实时仿真

硬件在回路仿真可以有效地对电力牵引驱动控制器进行各种条件特别是极限、故障条件下的测试。本文采用dSPACE实时仿真器对大功率电力牵引驱动控制系统进行硬件在回路仿真,建立了电力牵引驱动系统的实时模型,采用双线性插值方法解决了由于固定仿真步长内发生的离散开关事件引起的误差。实时仿真与系统实验对比结果验证了实时仿真系统的有效性和可信度,在开发和测试阶段可以代替实际逆变器和电机进行实时闭环测试。     

五相内置式永磁同步电机硬件在环实时仿真平台的实现

针对车用五相永磁电机构建了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的硬件在环(HIL)实时仿真平台.在FPGA中建立采用定点与单精度浮点相结合的电机驱动系统数学模型,构建半实物电机系统;将其与dSPACE控制器连接,组成HIL实时仿真平台.将实时仿真结果与MATLAB/Simulink离线仿真对比,对比结果说明HIL平台不仅能实现对控制器硬件与软件的在线实时测试,而且在仿真精度上更加逼近车用电机的实际工况.