地铁车辆异步电机矢量控制系统的研究

地铁乍辆由于车站间距短,加速和制动频繁,要求牵引电机容量大、转速高,因而对电机的控制要求也高.目前地铁牵引系统多采用三相交流异步电机变压变频牵引技术.通过对上海地铁1号线直改交车辆牵引系统主同路的分析,以及对异步电机转子磁场定向的SPWM矢量控制的研究,搭建了基于Matlab的Simulink仿真模型,并进行了实验测试,结果表明该控制系统有良好的动态性能和控制性能.     

方波工况下基于q轴电流误差的异步电机转子磁场定向误差校正策略

在异步电机的控制中,转子磁场定向控制以其高转矩控制精度和快速的动态响应速度得到非常广泛的应用,但是在交流电力机车等大功率应用领域,电机在弱磁区通常采用方波控制,电机电压失去调节能力,造成传统的矢量控制算法失效。该文对异步电机方波控制策略进行了研究,提出一种方波工况下异步电机转子磁场定向角度误差的实时校正策略,该方案中采用电流开环控制,通过分析磁链角度误差对电机d、q轴电压指令值与实际值的影响,进而利用电机模型提出通过q轴电流参考值和反馈值的误差消除方波工况下转子磁场定向角度误差。仿真和实验都验证该方案能够对各种原因引起的转子磁场定向角度的误差起到很好的校正效果,使电机转矩输出在方波下仍然具有高稳态精度和快速的动态响应速度。     

异步电机精准磁场定向控制策略研究

针对传统的矢量控制方法存在参数易漂移、磁场定向不准的问题,提出了一种基于电机转子磁链位置角的磁场定向校正方法,实现异步电机精准磁场定向控制。具体实现方法为在原有的矢量控制模型下,加入前馈解耦,由解耦后的电机模型推算出转子磁链位置角用以补偿转子时间常数,使电机能够保证精准的磁场定向。仿真和实验结果表明：提出的基于转子磁链位置角的磁场定向校正算法能准确地辨识出转子时间常数,实现异步电机精准磁场定向控制,改善电机的控制性能。     

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。     

基于五电平有源中点钳位型双PWM变换器的异步电机矢量控制系统

一种基于五电平有源中点钳位型(ANPC)双PWM变换器的异步电机矢量控制系统,其整流侧和逆变侧变换器分别采用五电平ANPC拓扑背靠背连接,可实现网侧单位功率因数输入和异步电机的四象限运行。整流侧采用电网电压定向矢量控制实现有功功率和无功功率的解耦控制。逆变侧采用转子磁场定向矢量控制实现异步电机的高性能变频调速。设计并制作了一台380V/10 kW的样机,实验结果表明该样机运行稳定,控制算法正确可靠。     

地铁牵引变流器-电机系统稳定性控制

牵引变流器-电机系统是地铁车辆传动的主要组成部分,供网电压波动、直流侧滤波电感与支撑电容参数受限选取以及牵引变流器控制策略所产生的负阻抗特性都会引起系统直流侧电压和电流的持续振荡,继而造成电机输出转矩脉动,降低系统稳定性。本文通过建立异步电机形等效电路以及转子磁场定向矢量控制近似线性化模型,推导出牵引变流器的输入导纳方程,进而阐释了车辆运行过程中滤波器-牵引变流器-电机系统的振荡机理,并在此基础上提出了一种通过在线修正电机定子电流转矩分量给定值以调整牵引变流器输入导纳的新型稳定性控制器,模型仿真和实验结果验证了所述理论的正确性和有效性。     

自适应模糊PID控制的异步电机并联运行方法的研究

在单台电机磁场定向矢量控制模型的基础上,运用平均的方法,推导出一个逆变器控制两台电机的磁场定向控制模型.该数学模型在矢量控制思想的核心下,利用定子电流的q轴分量控制电机的平均电磁转矩,d轴分量控制平均转子磁通.由于PI控制在交流调试系统中的局限性,采用模糊控制方法对交流异步电机系统进行控制,给出自适应模糊PID设计过程...     

模糊滑模变结构矢量变频调速系统建模与仿真

当前,矢量控制是一种优越的交流电机控制方式,它模拟直流电机的控制方式使得交流电机也能取得与直流电机相媲美的控制效果。依据矢量控制的基本原理和方法,用MATLAB/SIMULINK模块构建了一个基于转子磁场定向的旋转坐标系下的交流异步电机矢量控制系统仿真模型,对其速度控制器提出并设计一种模糊滑模变结构控制算法。该控制算法具备模糊逻辑控制和滑模变结构控制两者优点,并且较好地解决了滑动模态的抖动问题。仿真结果表明了该设计的可行性以及具有良好的动静态性能、较强的鲁棒性。     

基于矢量控制的多相感应电机电子变极调速技术

为了拓宽交流传动系统的恒功率调速运行范围,在研究多相系统变换理论和多相电机矢量控制的基础上,提出了一种基于转子磁场定向矢量控制的多相感应电机电子变极调速方法。该方法不需要额外增加电机的容量或电流,通过转子磁场定向矢量控制产生不同平面的谐波电流,驱动电机旋转,从而控制电机实现了在不停电情况下的电子变极,而且变极过程平滑,无大的转矩波动。本文以九相感应电机为例,对提出的方法进行实验验证,给出了其在转子磁场定向矢量控制下的3对极和9对极之间相互电子变极的实验结果。实验结果表明,所提出的方法能够在不停电的情况下实现电子变极调速,有效地提高了电机恒功率调速运行范围。     

基于粒子群算法的异步电机效率优化控制研究

针对异步电机轻载工况下运行效率较低的问题,提出一种基于粒子群优化算法的节能控制方法。在电机损耗模型控制策略的基础上,建立考虑铁损的异步电机损耗模型,将粒子群优化算法用于电机任一工况下最优磁链的搜索,并将此最优磁链作为按转子磁场定向矢量控制的给定值,使电机始终运行在低能耗状态。仿真及实验结果证明了粒子群算法效率优化控制的有效性。     

基于DSP的异步电机矢量控制系统研究

为提高异步电机控制性能,根据异步电机矢量控制原理,采用空间矢量脉宽调制技术,按照异步电机的定子产生跟踪圆形旋转磁场的方式控制逆变器开关动作,供给电机理想的正弦波电流,提高异步电机的稳、动态性能。结合电机控制专用高速数宇信号处理器TMS320LF2407A运算速度快、精度高、可以实时完成SVPWM控制算法的特点,建立了异步电机转子磁场定向下的矢量控制系统。实验结果表示,系统方案切实可行,工作性能良好。     

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。     

一种基于无功功率的异步电机矢量控制转子磁场准确定向方法

当转子磁场定向的异步电机矢量控制系统工作存高频弱磁区时，由于电机参数变化等多种因素影响，导致磁场定向不准，甚至危及电机可靠运行。为了保证磁场定向的准确，提出一种根据无功功率对转子磁场观测位置进行校正的控制方法，即以无功功率闭环来校正转子磁链的观测位置。同时，采用给定d轴电流的方法来保证系统不受磁链观测幅值不准的影响。实验证明，该方法改善了弱磁高速区的控制性能，使功率、电压均基本保持恒定，大大提高了矢量控制系统对电机参数特别是转子时间常数的鲁棒性。     

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。     

复合防爆高压异步电机防爆变频控制方法

变频控制是电机节能的有效手段,对提升电机的高效使用具有重要作用。基于此,设计复合防爆高压异步电机防爆变频控制方法。获取异步电机防爆变频参数,根据变频参数,构建复合防爆高压异步电机变频控制模型;定向控制电机转子磁场,调整电机调速范围;根据变频控制模型输出结果,对异步电机进行定向控制,获取电机转子磁场的定向空间位置:减少电机运行耗电量,进而实现电机防爆变频的精准控制。采用对比实验的方式,验证新方法的电机耗电量控制效果。实验结果表明,该方法的节能效果较好,极具推广价值。     

基于间接磁场定向的电力牵引系统的研究

本文依据矢量控制的基本原理,针对电力牵引系统对电机控制性能的要求,设计了基于转子磁场定向的矢量控制交流调速系统.以双DSP为核心,研制开发了相应的全数字化控制系统.文中对该系统的矢量控制原理、主电路构成、控制系统的设计都作了介绍.在理论分析的基础上,对该系统进行了建模,并完成了实验系统设计和相应的实验研究.实验结果验证了该电力牵引矢量控制系统具有良好的稳态与动态性能.     

无轴承异步电机气隙磁场定向的优化控制

针对无轴承异步电机气隙磁场定向控制中转子电阻变化导致磁场定向不准确,影响转子稳定悬浮的问题,研究了基于悬浮力控制环的转子电阻在线辨识技术,提出具有转子电阻在线辨识的无轴承异步电机气隙磁场定向优化控制策略.采用模糊控制理论,设计模糊PI速度控制器,以模糊控制器的输出对PI控制器参数进行修正,进一步改善系统的动、静态性能.仿真结果表明了所提出的气隙磁场定向优化控制算法的有效性.     

一种基于铁损模型的异步电机矢量控制策略

为了解决矢量控制算法因受铁损影响而导致的定向失准、性能下降等问题,提出了一种基于铁损模型的异步电机矢量控制策略。该策略直接依据励磁电感电流进行转差型间接磁场定向矢量控制,实现磁链和转矩分量间的解耦。依据铁损数学模型,分析了铁损对间接转子磁场定向矢量控制的影响,设计了滑模观测器对励磁电感电流进行观测。本方案的突出优势在于无论是励磁电感电流的观测,还是矢量控制系统的实现均无需铁损电阻参数,具有较强的工程实用性。仿真和实验结果表明,本文提出的控制策略可以解决由铁损导致的矢量控制定向和转矩控制失准的问题,改善了系统运行性能。     

全数字化的异步电机矢量控制系统

建立了按转子磁场定向的异步电机数学模型,基于转差频率矢量控制的原理,以电机控制专用数字信号处理器TMS320F240为核心,开发了一套全数字化异步电机矢量控制系统,采用空间矢量脉宽调制方法以提高直流电压的利用率。试验结果表明,该控制系统具有良好的动、静态性能。     

矢量控制异步电机转子时间常数辨识研究

针对转子磁场定向异步电机矢量控制系统中转子时间常数易受温度和磁饱和影响而偏离其最初值,从而导致磁场定向失败,电机动静态特性变坏的现象,提出了一种基于静止坐标系下电机模型的转子时间常数辨识方法。它只用到电机的可测量变量,实现简单。仿真结果证明该算法是有效可行的。