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永磁同步牵引电机转子磁极位置在线观测技术研究

永磁同步牵引电机转子磁极位置在线观测技术研究

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作者：孙晓钰大连交通大学

学位级别：硕士

永磁同步电动机因其优异的性能,逐渐被应用于轨道车辆电力牵引系统中。永磁同步电机常采用矢量控制技术,其前提是已知转子磁极位置,且列车在运行状态时需及时判断车轮是否发生空转和滑行,因此在全速范围内永磁同步牵引电机转子磁极位置... 详细信息

永磁同步电动机因其优异的性能,逐渐被应用于轨道车辆电力牵引系统中。永磁同步电机常采用矢量控制技术,其前提是已知转子磁极位置,且列车在运行状态时需及时判断车轮是否发生空转和滑行,因此在全速范围内永磁同步牵引电机转子磁极位置和转速的检测至关重要。磁极位置的检测可分为使用位置传感器与无位置传感器检测两类,轨道车辆电力牵引中多采用旋转变压器作为位置传感器,使用位置传感器的前提是已知电机零位与传感器零位的偏差角。新装车或维修后重新装车的电机,其零位偏差角未知,需解决零位偏差角的在线检测问题。为此本文对有位置传感器和无位置传感器时的磁极位置观测方法进行了研究,并对将方法应用于位置传感器故障诊断及状态自检的方法作了探讨。本文以轨道车辆电力牵引系统中带位置传感器的永磁同步电机为研究对象,研究了在电机已装车条件下,位置传感器零位偏差角的标定方法。在列车被标定之外的牵引电机拖动到一定速度运行状态过程中,采用反电势过零检测法,结合该方法的原理分析了如何在车上实现,并利用仿真试验,验证其可行性。在列车静止状态下,提出一种采用高频注入检测转子初始位置后与旋变数据对比得到偏差角的办法,将该算法写入列车TCU控制程序,在列车运行前即可完成偏差角的检测,对该方法进行了仿真验证,结果表明误差在允许范围内。研究采用无位置传感器算法观测磁极位置和转速,将其作为冗余系统加入到磁极位置故障诊断程序中,实时与位置传感器的结果比较,当位置传感器故障时,可将其观测结果投入到矢量控制中。提出采用滑膜观测器法在电机中高速时进行观测,设计滑膜观测器并对其进行改进,对传统型与改进型滑膜观测器进行仿真实验,验证了改进型的观测结果比传统型的更为精确。低速时,采用了高频信号注入法,并对旋转高频注入和脉振高频注入法的仿真结果对比分析。将采用加权算法融合后的复合观测器应用于城市轨道永磁牵引系统中,对轨道永磁牵引系统进行仿真实验,验证了复合观测器能够在全速范围内准确观测磁极位置和永磁牵引系统能够良好、稳定的工作。最后在d SPACE实时仿真平台上进行实验验证,实验结果证明了无论是采用位置传感器或采用无位置传感器控制算法均能实现永磁牵引电机磁极位置的在线观测,验证了系统的准确性与实时性。

关键词：永磁同步牵引电机磁极位置观测旋变零位偏差角无位置传感器控制算法

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永磁同步牵引电机无位置传感器矢量控制技术研究

永磁同步牵引电机无位置传感器矢量控制技术研究

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作者：王清清大连交通大学

学位级别：硕士

随着永磁同步电机控制技术的日趋成熟,永磁同步电机逐渐在轨道电力牵引领域得到广泛应用。采用无位置传感器永磁同步电机能在转向架有限空间里布置更大的牵引功率,并使牵引系统更具有更高的可靠性,因此无位置传感器在轨道牵引系统中有... 详细信息

随着永磁同步电机控制技术的日趋成熟,永磁同步电机逐渐在轨道电力牵引领域得到广泛应用。采用无位置传感器永磁同步电机能在转向架有限空间里布置更大的牵引功率,并使牵引系统更具有更高的可靠性,因此无位置传感器在轨道牵引系统中有着更为广阔的应用前景。为此,本课题对永磁同步电机无位置传感器在电力牵引控制系统的控制策略开展研究。在论文工作中,通过对地铁永磁同步牵引系统的主电路及运行方式进行分析,确定永磁同步牵引系统的基本结构,并确定将无位置传感器力矩矢量控制作为牵引系统的底层控制。针对永磁同步牵引电机直流输出电压恒定,调速范围宽的特点,对牵引电机弱磁控制方式进行深度研究。在电机控制过程中,按定子电流最小原则,采用最优化理论及电机矢量控制理论,完成对无位置传感器永磁同步电机的有效控制。在此基础上,设计了矢量控制系统的电流闭环及相应牵引逆变器SVPWM控制策略,实现了电力牵引系统全速范围内牵引电机的矢量控制。在论文工作中,按矢量控制要求对无位置传感器永磁同步电机全速域磁极位置观测方法进行研究。通过多方案比较,确定在低速时,采用基于滑模控制下的脉振高频电压注入来实现对磁极位置观测。在中高速时,采用基于滑模变结构的模型参考自适应法来实现对磁极位置的观测。并提出不同速度范围内磁极位置观测方法的平滑切换策略,避免在切换过程中的振荡,进而设计全速范围内磁极位置的观测。并将全速范围内磁极位置观测方法与矢量控制策略结合,实现全速范围内无位置传感器永磁同步电机矢量控制。根据列车运行特点及本文提出的矢量控制算法,建立永磁同步电力牵引仿真模型,仿真结果表明,本研究提出的全速观测磁极位置和矢量控制算法基本可以满足地铁牵引的需要。

关键词：无位置传感器永磁同步电机电力牵引弱磁控制矢量控制磁极位置观测

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