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基于积分滑模的高速磁悬浮列车牵引控制策略

电工技术学报 2022年第14期37卷 3598-3607页

作者：曹学谦葛琼璇朱进权孙鹏琨王晓新中国科学院电工研究所中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

高速磁悬浮列车用长定子直线同步电机工作在双端供电模式时,是多变量、非线性、强耦合系统。传统的线性控制方法对参数摄动较为敏感,因此该文分析了参数摄动对电流环控制性能的影响并提出一种基于积分滑模的电流控制策略。该策略将状态... 详细信息

高速磁悬浮列车用长定子直线同步电机工作在双端供电模式时,是多变量、非线性、强耦合系统。传统的线性控制方法对参数摄动较为敏感,因此该文分析了参数摄动对电流环控制性能的影响并提出一种基于积分滑模的电流控制策略。该策略将状态变量的积分项引入到滑模面中,避免了高频噪声的干扰,并改进了指数趋近律以削弱抖振,使得电流的动态跟随性能和抗参数摄动性能都得到改善。硬件在环实验验证了该策略与传统线性控制策略相比,可提高磁悬浮列车在定子段换步过程中的电流跟随性能,并且对电机参数摄动具有较强的鲁棒性。

关键词：高速磁悬浮列车双端供电参数摄动积分滑模控制

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气动翼对高速磁悬浮列车升力特性的影响

西南交通大学学报 2022年第3期57卷 498-505页

作者：戴志远李田张卫华张继业西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

磁悬浮列车高速运行时受到较大气动升力作用,尤其是尾车向上的气动升力较大,易使悬浮性能恶化,甚至导致悬浮控制系统失效,影响列车的乘坐舒适性及运行安全性,因此亟待开展高速磁悬浮列车的尾车升力特性研究及改善工作.对开展过风洞试验... 详细信息

磁悬浮列车高速运行时受到较大气动升力作用,尤其是尾车向上的气动升力较大,易使悬浮性能恶化,甚至导致悬浮控制系统失效,影响列车的乘坐舒适性及运行安全性,因此亟待开展高速磁悬浮列车的尾车升力特性研究及改善工作.对开展过风洞试验的高速磁悬浮列车进行数值模拟计算,得到的列车表面压力系数与风洞实验数据吻合较好,并加装气动翼改善高速磁悬浮尾车气动升力,研究了气动翼角度、数量对尾车气动性能的影响.研究结果表明:仅安装一个气动翼时,其自身的气动升力随角度的增加而减小,但尾车气动升力则呈现先减小后增大的规律,气动翼角度为12.5°时尾车升力最小,与原始磁悬浮列车相比气动升力系数减小3.9%,气动翼及尾车气动阻力略有增加;以气动翼与车体切线角度保持不变为基准在尾车安装多个12.5°气动翼,不同位置气动翼的气动阻力基本相同,气动翼数量增加后尾车气动阻力随之增大;不同位置气动翼的气动升力存在差异,向鼻尖方向气动翼的气动升力递减,尾车气动升力随气动翼数量增加先减小后趋于稳定;各方案中安装2个气动翼的磁悬浮列车气动性能相对更优,与原始磁悬浮列车相比尾车气动升力减小4.6%,整车阻力仅增加1.4%.

关键词：高速磁悬浮列车气动翼气动升力数值模拟

考虑悬浮系统影响的高速磁悬浮列车牵引控制策略

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电工技术学报 2022年第12期37卷 3087-3096页

作者：朱进权葛琼璇张波孙鹏琨王晓新中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室(中国科学院电工研究所) 北京100190 中国科学院大学北京100049

常导电磁式高速磁悬浮列车采用长定子直线同步电机驱动,电机的励磁磁极同时也是悬浮电磁铁,车辆的牵引力和悬浮力存在严重的非线性耦合关系,运行过程中悬浮系统的调节会对牵引系统造成影响,引起牵引力波动。该文建立考虑悬浮系统影响的... 详细信息

常导电磁式高速磁悬浮列车采用长定子直线同步电机驱动,电机的励磁磁极同时也是悬浮电磁铁,车辆的牵引力和悬浮力存在严重的非线性耦合关系,运行过程中悬浮系统的调节会对牵引系统造成影响,引起牵引力波动。该文建立考虑悬浮系统影响的长定子直线同步电机数学模型,针对牵引力波动问题,提出一种基于磁链观测的控制策略,该策略基于扩展反电动势法来观测磁链,通过将磁链参数应用于速度环和电流环,在线调整定子q轴电流从而抑制由悬浮系统引起的低频牵引力波动。但该策略在低速时磁链观测存在误差、性能受限,在此基础上提出结合自抗扰和磁链观测的复合控制策略,通过扩张状态观测器补偿磁链观测误差以及其余扰动。硬件在环实验结果表明,该控制策略有效地抑制了悬浮系统影响造成的牵引力波动,提高了磁悬浮列车的抗负载扰动能力和系统动态性能。

关键词：高速磁悬浮列车悬浮系统牵引系统扩展反电动势自抗扰控制

基于积分滑模的高速磁悬浮列车谐波电流抑制策略

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电工技术学报 2022年第22期37卷 5817-5825,5861页

作者：曹学谦葛琼璇朱进权赵牧天王晓新中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室(中国科学院电工研究所) 北京100190 中国科学院大学北京100049

高速磁悬浮列车采用长定子直线同步电机驱动,列车运行时电机定子相电流存在大量的谐波,这将影响列车的牵引控制性能并造成牵引力波动。该文针对谐波含量较高的5次和7次谐波电流推导双端供电模式下长定子直线同步电机的谐波电压数学模型... 详细信息

高速磁悬浮列车采用长定子直线同步电机驱动,列车运行时电机定子相电流存在大量的谐波,这将影响列车的牵引控制性能并造成牵引力波动。该文针对谐波含量较高的5次和7次谐波电流推导双端供电模式下长定子直线同步电机的谐波电压数学模型,通过坐标变换与低通滤波的方式提取出谐波电流,设计基于积分滑模的谐波控制器,并在控制系统中增添谐波电流环,从而抑制电机定子电流中的5次和7次谐波分量。最后,对所提出的控制策略与传统谐波抑制策略分别进行硬件在环实验,通过对实验结果进行对比,证明所提出的策略具有更强的谐波抑制能力。

关键词：高速磁悬浮列车双端供电谐波抑制坐标变换谐波电压模型积分滑模控制

高速磁悬浮列车长定子直线同步电动机的铁耗计算与分析

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高速磁悬浮列车长定子直线同步电动机的铁耗计算与分析

作者：马金虎浙江大学

学位级别：硕士

高速磁悬浮列车作为21世纪高速化交通领域的研究热点,不仅能够达到比现有轮轨交通更高的运行速度,而且具有启动速度快、运行噪声小、无摩擦、易维护等方面的诸多优势,是未来出行和运输的一种理想交通方式。高速磁悬浮列车实现牵引和悬... 详细信息

高速磁悬浮列车作为21世纪高速化交通领域的研究热点,不仅能够达到比现有轮轨交通更高的运行速度,而且具有启动速度快、运行噪声小、无摩擦、易维护等方面的诸多优势,是未来出行和运输的一种理想交通方式。高速磁悬浮列车实现牵引和悬浮功能的核心部件是长定子直线同步电动机(Long-stator linear synchronous motor,LLSM),其性能优劣直接影响着列车运行效率。本文详细阐述了LLSM实现列车牵引和悬浮的工作原理,在此基础上对LLSM的铁耗进行了计算与分析,主要完成了以下三个方面的研究工作:首先,基于磁场解析法由列车运行计算了LLSM的动子励磁电流、定子电枢电流和位于动子悬浮磁极上的直线发电机感应电流,并通过有限元法进行了对比验证;然后分析了磁悬浮列车线路运行过程中LLSM电枢电流的变化,以及直线发电机在不同外接负载下感应电流的变化情况,获得了铁耗计算模型的励磁源。其次,基于LLSM磁场分布的特点建立了三种瞬态有限元磁场分析模型,分别针对未被动子覆盖的定子段、动子端部磁极及其覆盖的定子段、以及动子中间磁极及其覆盖的定子段,计算了LLSM长定子铁心与动子铁心中的磁场分布;基于快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)得到了磁场的各次分量,然后采用铁耗分立计算模型和叠加法计算了1.2km长的列车运行段LLSM的铁心损耗,同时对影响铁耗的因素进行了对比分析。最后,建立了变流器供电下LLSM与控制一体的场路耦合有限元联合仿真模型,计算了磁悬浮列车高速运行时非正弦电源供电条件下LLSM的定子电枢电流、定动子铁心磁场和定动子铁心损耗,并分析了变流器采用不同调制比和载波比对性能的影响。论文分析结果能够应用于高速磁悬浮列车LLSM的性能计算,对研制运行速度进一步提升的高速磁悬浮列车具有重要意义。

关键词：解析计算有限元法铁耗长定子直线同步电动机(LLSM) 高速磁悬浮列车

高速磁悬浮列车用长定子直线同步电机的故障分析

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高速磁悬浮列车用长定子直线同步电机的故障分析

作者：杨鸿毅浙江大学

学位级别：硕士

高速磁悬浮列车具有高速、安全、稳定、舒适、无噪声等优点,适用于市郊、机场线、城际线等中长距离交通运输场景。实现牵引驱动的长定子直线同步电机定子电枢绕组和馈电电缆绕组长时间户外运行,会产生绝缘材料老化、绝缘层破损、运动引... 详细信息

高速磁悬浮列车具有高速、安全、稳定、舒适、无噪声等优点,适用于市郊、机场线、城际线等中长距离交通运输场景。实现牵引驱动的长定子直线同步电机定子电枢绕组和馈电电缆绕组长时间户外运行,会产生绝缘材料老化、绝缘层破损、运动引起的绕组磨损等故障风险,导致绕组、电缆发生短路或断路故障,另外逆变器中开关管也会发生短路或断路的故障。这些短路或断路故障会影响列车的牵引性能,使得车辆运行状态发生变化。本文围绕这几种短路和断路故障展开研究,主要完成以下三方面工作:首先,采用解析法计算了长定子直线同步电机的电磁参数,基于Matlab/Simulink建立了高速磁悬浮列车牵引传动系统双端供电模式的仿真模型,包括了牵引传动系统双端的变流器、馈电电缆、分段的长定子直线同步电机和牵引控制系统,其中双端馈电电缆不是固定长度,而是跟随运行距离发生改变。其次,基于牵引传动系统仿真模型,分别建立了长定子绕组三相/两相短路、馈电电缆三相短路和逆变器开关管短路这四种故障时的仿真模型,仿真分析这四种短路故障分别发生在加速、匀速和减速状态下长定子直线同步电机的运行性能,给出了电机的电流、车辆的加速度与牵引力曲线。最后,基于牵引传动系统模型,分别建立了定子绕组单相断路故障、馈电电缆单相断路故障和逆变器开关管断路故障的仿真模型,仿真分析了这三种断路故障对电机和列车牵引性能的影响。研究结果能为高速磁悬浮列车长定子绕组、逆变器、馈电电缆短路及断路故障的故障诊断和容错控制提供参考。

关键词：高速磁悬浮列车长定子直线同步电机双端供电牵引传动短路故障断路故障

高速磁悬浮列车在双端供电模式下的电流控制策略

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电工技术学报 2021年第23期36卷 4937-4947页

作者：朱进权葛琼璇孙鹏琨王晓新张波中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室(中国科学院电工研究所) 北京100190 中国科学院大学北京100049

针对双端供电模式下高速磁悬浮列车牵引系统中的环流和馈电电缆损耗问题,提出一种改进的直接模式法电流控制策略来协调负载电流分配。该文首先建立双端供电模式下牵引系统电机电流和环流的等效电路模型,分析环流产生的原因,在此基础上... 详细信息

针对双端供电模式下高速磁悬浮列车牵引系统中的环流和馈电电缆损耗问题,提出一种改进的直接模式法电流控制策略来协调负载电流分配。该文首先建立双端供电模式下牵引系统电机电流和环流的等效电路模型,分析环流产生的原因,在此基础上提出同步坐标系下转速电流双闭环控制策略。该策略通过共用转速调节器实现总负载电流控制,通过电流调节器和环流调节器实现负载电流分配,并对线路中的环流进行抑制。硬件在环实验结果表明,该控制策略在保证电机动态性能较好的基础上实现逆变器负载电流分配,降低了馈电电缆损耗,并有效地抑制了并联逆变器模块间环流。

关键词：高速磁悬浮列车双端供电模式馈电电缆环流损耗

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高速磁悬浮列车测速与定位系统的设计

计算机工程 2005年第3期31卷 12-14,63页

作者：钱存元韩正之邵德荣谢维达上海交通大学自动化系同济大学电气工程系上海200092 同济大学电气工程系

介绍了一种高速磁浮列车测速与定位试验系统,该系统包括长定子直线同步电机齿槽计数测速与相对定位系统和感应式编码绝对定位系统两部分。详细阐述了系统的工作原理、硬件构成以及信号处理技术。

关键词：高速磁悬浮列车高速磁浮列车测速定位系统齿槽信号处理技术直线同步电机感应式绝对定位硬件构成

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高速磁悬浮列车牵引供电系统谐波仿真分析

仪器仪表学报 2006年第Z2期27卷 1374-1376页

作者：毛中亚郭其一同济大学电气工程系上海200331

本文分析了采用半控双三相12脉冲整流器的高速磁悬浮列车牵引供电系统及其产生的谐波。它是一种新型的谐波源,所产生的高频谐波对磁悬浮列车的安全稳定运行产生了很大的危害。采用小波包变换对高速磁悬浮列车牵引供电系统所产生的高频... 详细信息

本文分析了采用半控双三相12脉冲整流器的高速磁悬浮列车牵引供电系统及其产生的谐波。它是一种新型的谐波源,所产生的高频谐波对磁悬浮列车的安全稳定运行产生了很大的危害。采用小波包变换对高速磁悬浮列车牵引供电系统所产生的高频谐波信号进行了仿真分析,结果表明:小波包变换应用于高速磁悬浮牵引供电系统的谐波分析,可将信号中的高频成分逐步分离,减少高频谐波成分对电力系统的污染,对实现高速磁悬浮牵引供电系统谐波信号的高分辨率检测具有很好的应用价值。

关键词：高速磁悬浮列车牵引供电系统谐波小波包变换高频