地铁牵引电传动系统关键控制技术及性能优化研究

【摘要】牵引电传动系统是地铁车辆装备的核心与难点。本文着重针对异步电机矢量控制技术、车辆防滑／防空转控制技术以及地铁牵引电传动系统稳定性控制技术分别展开研究,并通过大量的模型仿真及地面、现场实验对研究成果进行了验证。面向地铁牵引变流器低开关频率约束条件,根据异步电机复矢量模型极点分布规律以及基于Frobenius矩阵范数的离散化误差函数,指出了常规离散全阶转子磁链观测器的问题和局限性；提出了一种基于状态空间拆分重组的改进型离散全阶转子磁链观测器,其在有限迭代计算频率下,电机运行全速度范围内观测结果稳定收敛、离散化误差较小且计算简单；同时,设计了反馈增益矩阵对观测器进行极点优化配置,提高了观测结果的收敛速度并改善了观测器的电机参数敏感性；通过基于q轴磁链误差补偿的磁场定向实时校正策略,保证了异步电机转子磁场的准确定向。归纳总结了异步电机内在耦合因素,指出了现有电流环数字控制时延对异步电机解耦控制的影响；利用系统耦合度函数,分析了传统电流控制器的解耦性能,通过研究耦合效应与电流环极点分布规律之间的关系,提出了一种基于零极点对消原理的改进型电流控制器,同时引入双线性离散化方法完成其数字化实现,使电流环系统在有限的控制频率下,不仅具有良好的动态响应,而且消除了定子电流励磁分量与转矩分量之间的耦合效应。根据地铁车辆轮轨黏着分析,将架控双轴模型等效为单轴模型完成了车体动力学模型的建立；引入了一阶扰动观测器以获取当前路面黏着系数及其导数值信息,通过研究黏着特性曲线峰值点特征,结合车辆逻辑控制,提出了一种以PI调节器为核心、转矩微调函数C(t)辅助的基于最优黏着利用的地铁车辆防滑／防空转控制策略,从而有效防止车辆空转／打滑现象的发生,并实现恶劣轮轨接触条件下的最优黏着利用。针对地铁牵引电传动系统主电路进行了详细分析,建立了系统综合线性化模型；利用基于级联电气系统环路增益的稳定性分析方法,深入研究了直流侧滤波器参数设计与异步电机矢量控制对系统稳定性的影响；提出了一种基于阻抗匹配的稳定性控制策略,通过实时调整牵引变流器-异步电机系统输入阻抗模型,实现了牵引电传动系统在全速度范围内、任何工况下的稳定运行。
【作者】赵雷廷；
【导师】刘志刚；
【作者基本信息】北京交通大学，电力电子与电力传动，2014，博士
【关键词】地铁牵引电传动；磁链观测；电流控制；防滑/防空转；阻抗匹配；稳定性控制；

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