基于无速度传感器的电力牵引机车控制系统设计(2)

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2.2 异步电机的数学模型 10

2.2.1 静止坐标系系统中的数学模型 10

2.2.2同步旋转坐标系系统中的数学模型 11

2.3 电流跟踪型逆变器 12

2.3.1 电流跟踪型PWM逆变器控制的基本思想和优点 12

2.3.2 电流跟踪型PWM控制的基本原理 13

2.4 转子磁通观测 14

2.4.1 电压模型法 14

2.4.2 电流模型法 15

3 无速度传感器基于MRAS的转速估算 17

3.1 模型参考自适应系统 17

4 无速度传感器矢量控制系统仿真 19

4.1 矢量变换模块 19

4.2 电流跟踪型逆变器 20

4.3 基于MRAS 的转速估算子系统的建模 22

4.3 .1 转子磁链观测模块 22

4.3 .2 基于MRAS转速辨识算法模块 23

4.4 基于MRAS的无速度传感器矢量控制系统的仿真 23

4.5 仿真结果分析 25

致谢 29

参考文献 30

1 绪论

1.1课题的目的和意义

当今世界，电子技术正处于快速发展的阶段，城市轨道电力机车已经发展成为一个集机、电为一体的系统。牵引系统是电力机车的主要组成部分，决定着电力机车的起动、加速和制动等方面的运行特性，牵引系统的安全可靠决定了电力机车的动力性能、能量消耗特性以及控制性能，是提升电力机车品质的关键[1]。

为了能够提高电力机车牵引系统的控制水平，需要寻找一种行之有效的控制技术对其进行控制，无速度传感器控制技术具有便捷性和可靠性的优点，并且价格便宜，重量轻，体积小，功率因数较高，在电力机车牵引系统中应用是切实可行的。目前，无速度传感器控制技术包括PI 闭环控制法、基于电机数学模型的开环控制法、扩展卡尔曼法、人工神经网络法及观测器法等，其中观测器法具有较好的可靠性，在工作过程中不易受电机参数变化的影响，易于实现，因此，利用该方法进行电力机车牵引系统的控制。

无速度传感器控制技术可减小牵引电机的体积和传感器故障的发生率，大大提高了传动控制单元的系统可靠性。省掉速度传感器及连接电缆的费用，节约了成本。无速度传感器控制系统近年来已成为交流传动控制研究的热点。目前，已经成功完成了异步电机无速度传感器技术的理论研究与地面试验，攻克了逆变器保护封锁后的带速度重投、极低速定子零频附近的额定转矩发挥以及再生制动状态等技术难题，正在积极进行工程化的应用研究。

交流电机无速度传感器矢量控制三电平变频调速技术最近二三十年才发展起来的一项控制技术。无速度传感器控制技术的发展从一般的有速度传感器的传递动力控制系统开始，处理问题的方法是运用检测的定子电压、电流等检测出来不复杂的量进行速度估计而代替速度传感器。矢量控制技术以坐标替换理论为基础，用转磁场的方向加以确定方向，在同步旋转坐标系的转矩分量和励磁分量是相互垂直的，它们构成了定子的电流矢量。定子电流转矩电流分量与励磁电流分量的解耦得到了成功实现，幅值由于控制转子磁链的不变遇不发生变化，直观化的转矩处理得以实现，使其线性机械特性和他励直电动机一样，矢量控制技术的运用使交流调速系统的动、静态性能达到了直流双闭环调速系统的水平。