矿山牵引电机车控制系统的研究

【摘要】以电气传动驱动的矿山牵引电机车作为矿山广泛使用的一种重要运载工具，其工作环境复杂，供电可靠性低，运行轨道条件差，超载现象突出。因此，矿山牵引电机车需具有大力矩起动、调速平稳、运行可靠、过载能力突出和抗干扰能力强等优越性以满足矿山牵引的要求。我国矿山牵引电机车大多采用直流串励电动机作为牵引电动机。伴随着电力电子技术、微电子技术、控制理论和信息技术的不断发展，各类电气传动系统正在越来越多的被国内外学者和工程技术人员开发与研究，交流异步电动机调速技术日趋成熟，交流异步电机在矿山牵引领域正逐步取代直流电机。异步电动机的控制方法可分为基于稳态模型和基于动态模型两种。基于稳态模型的控制方法主要采用转速开环变压变频控制，系统结构简单，成本较低，但调速性能较差；基于动态模型的控制方法主要是矢量控制和直接转矩控制，系统结构复杂，调速性能优越，能够满足高性能控制要求。论文以矿山牵引电机车为研究对象展开研究，主要的研究工作如下：1.分析研究异步电动机的动态数学模型，在旋转坐标系下根据电动机在不同频率下获取最大输出转矩时的电压电流约束条件进行了弱磁控制分析。研究异步电机的机械特性和牵引电机车的牵引特性，得出异步电机作为牵引电机车的牵引电机，其特性与牵引电机车的牵引特性相吻合。2.从矿山牵引电机车牵引力出发，把牵引电机车和装载车的各种负载归结为综合负载，以电机车的力矩传递为主线把牵引电机、齿轮箱、轮对和轨道面等各种因素折算到电机侧，建立了矿山牵引电机车双电机拖动一体化模型。3.针对矿山牵引电机车的实际工况，比较直接转矩控制和矢量控制两种控制方案，在选用矢量控制策略作为电机车控制方案的基础上，提出矿山牵引力矩模式控制方法，结合速度闭环控制，提出了适合于矿山牵引的速度模式和力矩模式混合控制方法。4.分析直流母线电压波动对矿山牵引控制系统的不利因素，提出了抑制母线电压波动的前馈补偿控制方法，并对控制方法进行了验证。5.分析研究无速度传感器控制方案，提出了利用转矩电流微分进行同步转速估算的方法，并给出了转速估算环节的核心算法。通过仿真验证表明该方法估算转速算法正确，采用该方法的调速系统具有良好的动、静态性能。能够满足矿山牵引电机车应用的要求。6.设计了矿山牵引电机车驱动部分的软、硬件系统。通过有速度和无速度传感器矢量控制大、小功率实验平台和牵引电机车产品样机的实际测试，验证控制系统的相关性能指标。给出了在不同实验平台上的实验结果，包括电机特性的相关测试结果，产品样机在牵引电机车测试平台和矿山现场的实验测试结果。实验和运行结果表明系统起动力矩大，过载能力强；稳速性能好，动态响应快；调速范围宽，能在低速和弱磁恒功率区域平稳运行；速度和力矩模式灵活切换，满足矿山牵引电机车的要求。
【作者】宗剑；
【导师】阮毅；
【作者基本信息】上海大学，电力电子与电力传动，2014，博士
【关键词】牵引电机车牵引特性；双电机拖动一体化模型；速度力矩混合控制模式；直流母线电压补偿控制；双电机力矩分配平衡；

【参考文献】
[1]杨光.集成质量系统与质量管理过程技术研究[D].大连理工大学,机械设计及理论,2004,硕士.
[2]潘世杰.SFRP2和β-catenin在前列腺癌中的表达和意义[D].福建医科大学,外科学,2014,硕士.
[3]卢静,胡运权.会计信息与管理者报酬激励契约研究综述[J].会计研究,2007,01:74-81+93.
[4]李新玲.无线传感器网络节点定位算法研究[D].宁波大学,电路与系统,2013,硕士.
[5]许斌.中国中小企业融资问题研究[D].东北财经大学,国民经济学,2003,硕士.
[6]方婷.国际发展援助的有条件因素对援助效果的影响分析[D].云南财经大学,世界经济,2013,硕士.
[7]张艮平.清代苏中地区慈善事业述论[D].苏州大学,专门史,2013,硕士.
[8]骆岩红,赵寰宇,李公平.基于晶格效应的光子晶体带隙特性研究[J].光子学报,2014,12:43-51.
[9]徐小锋.地图服务平台中连接器的设计与实现[D].河海大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[10]屈季春.银纳米颗粒及其复合材料的合成、表征及应用[D].兰州大学,2013.
[11]陈涛.化学膨胀阻燃EVA体系性能与阻燃机制研究[D].大连工业大学,材料加工工程,2008,硕士.
[12]王玉位.新公共服务理论视角下新型农村合作医疗问题研究[D].辽宁大学,行政管理,2012,硕士.
[13]丁鹏.我国家族上市公司实际控制人特征与企业价值的关系研究[D].浙江工商大学,会计学,2013,硕士.
[14]胡丹.高中化学理论课教学模式的构建与实践[D].南京师范大学,教师教育,2012,硕士.
[15]张园.印制电子工艺及其在有机电子器件上的应用研究[D].华东理工大学,2014.
[16]金国浩.新形势下我国出入境边防检查政府职能思考[D].苏州大学,公共管理（专业学位）,2012,硕士.
[17]王瑞雨.SiC粉体表面改性工艺研究[D].烟台大学,化学工程,2014,硕士.
[18]吴超楠.基于分数阶傅里叶变换的高精度线性调频信号参数估计方法[D].华南理工大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[19]何小平.考虑徐变及界面腐蚀的圆钢管混凝土粘结性能试验研究[D].华东交通大学,结构工程,2013,硕士.
[20]陈秀琼.基于贝叶斯网络的数据挖掘技术[J].三明高等专科学校学报,2004,02:47-52.
[21]张峰振,吴超飞,胡芸,韦朝海.卤代有机污染物的光化学降解[J].化学进展,2014,06:1079-1098.
[22]夏菁.清代古谱《弦索备考》中筝曲《十六板》之研究[D].中国音乐学院,音乐与舞蹈学,2014,硕士.
[23]李晓娟.家庭因素对中学生自我效能感的影响研究[D].苏州大学,应用心理学,2003,硕士.
[24]马金平.经理信息系统开发平台的架构及关键技术研究[J].现代计算机(专业版),2002,08:22-26.
[25]蒋岩.新型后过渡金属配合物的合成[D].东北石油大学,化学工艺,2013,硕士.
[26]孟旭东,糜正琨.通信网合法侦听的概念和实现[J].世界电信.2004(06)
[27]宦诚.腰椎融合固定和非融合固定生物力学研究[D].扬州大学,外科学,2011,硕士.
[28]张晶.苏州商品住房价格影响因素分析及房价预测[D].苏州大学,应用统计（专业学位）,2014,硕士.
[29]孙扬.小麦bZIP基因TaGBF调节光形态建成与抗逆的作用机制研究[D].山东大学,细胞生物学,2014,博士.
[30]沈衍.当前人民基本文化权益实现路径研究[D].首都经济贸易大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[31]左浩晓.OVA致敏对邻苯二甲酸二丁酯诱导的氧化损伤与小鼠抑郁样行为关系研究[D].华中师范大学,生物化学与分子生物学,2014,硕士.
[32]邓欧平.基于ArcSWAT的流域氮素非点源污染模拟和污染源识别[D].浙江大学,水资源利用与保护,2012,硕士.
[33]刘贵谦.基于行人选择偏好的立体过街设施服务性能评价研究[D].哈尔滨工业大学,交通运输规划与管理,2014,硕士.
[34]赵志强.舵机减速器非线性参数测量系统软件设计[D].哈尔滨工业大学,控制科学与工程,2014,硕士.
[35]葛朝阳.企业科技进步综合实力测度指标体系[D].武汉理工大学,企业管理,2003,硕士.
[36]陈茂芳.模仿、创新与中国技术进步效应[D].首都经济贸易大学,西方经济学,2014,硕士.
[37]黄冬丽.基于信息增益的基因互作挖掘方法研究[D].哈尔滨工业大学,计算机科学与技术,2014,硕士.
[38]仝非非.建筑设计的模块化探研[D].郑州大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[39]傅艳明.亚星化学公司治理风险及评价的研究[D].中国地质大学（北京）,会计,2013,硕士.
[40]李爱峰.7.5m~3液压挖掘机正铲工作装置的优化设计及仿真分析[J].机械管理开发,2005,06:47-48+50.
[41]陈钦水.城市地面快速公交网络系统规划研究[D].西安建筑科技大学,城市规划,2004,硕士.
[42]付友春.当前我国消防管理体制问题初探[D].吉林大学,公共管理,2013,硕士.
[43]胡园园.碳绩效与企业绩效的关系[D].南京财经大学,会计学,2013,硕士.
[44]范丽.旅游开发与既有建筑再利用研究[D].郑州大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[45]金迎春.高介电常数栅介质MOSFET的研制[D].湖北大学,微电子学与固体电子学,2011,硕士.
[46]杨红美.基于案例推理的学习迁移研究[D].扬州大学,教育技术学,2012,硕士.
[47]翁玉椿.新时期国家教育考试安全问题研究[D].河北师范大学,教育管理,2012,硕士.
[48]雍加望.轻型电动车辆电池管理系统研究[D].安徽农业大学,车辆工程,2012,硕士.
[49]束水龙.甘肃新厦安馨家园双限房项目商业计划书[D].兰州大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[50]冯颖.突发公共事件中网络流言的传播及政府应对策略[D].湖北工业大学,计算机技术（专业学位）,2013,硕士.