电力牵引异步驱动控制技术

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1、电力牵引异步驱动控制技术i绪论的趋势。随着微机控制技术的发展，微处理器和单片机在交流调速系统的数字化控制系统中得到了广泛应用。近年来，随着DSP的发展，应用DSP构成交流调速系统的数字化控制系统也开始显现出其强大的生命力。(1)应用矢量控制技术及现代控制理论18J19l交流异步电机是一个多变量、非线性、时变、强耦合的被控对象，过去的电压／频率恒定控制都是从电机稳态方程出发研究其控制特性，其动态控制效果均不理想。20世纪70年代初提出矢量变换方法来研究电机的动态控制过程，这种方法既控制各变量的幅值

2、，又控制其相位，并利用状态重构和估计的现代控制概念，巧妙地实现了交流电机磁通和转矩的重构和解耦控制，从而促进了交流电机控制系统走向实用化。目前，国外的采用矢量控制技术的异步电机系统已成功地应用于轧机主传动、电力机车牵引系统和数控机床中。此外，为解决系统复杂性和控制精度之间的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接转矩控制、电压定向控制和定子磁场定向控制等。尤其是计算机在实时控制中的应用，使得现代控制理论中各种控制方法得到实现，如二次型性能指标的最优控制和双位模拟调节器控制，可提高系统的动态性能；滑

3、模(Slidingmode)变结构控制可增强系统的鲁棒性；状态观测器和卡尔曼滤波器可以获得无法实测的状态信息：自适应控制则能全面地提高系统的性能。(2)采用新型电力电子器件和脉宽调制(PWM)控制技术114J电力电子器件的不断进步，为交流电机控制系统的完善提供了物质保证，尤其是新的可关断器件，如双极结晶体管(BJT)、金属氧化膜半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的实用化，使得高频化PWM技术成为可能，目前电力电子器件正向高压、大功率、高频化、组合化和智能化方向发展

4、。典型的电力电子变频装置有电流型、电压型和交一交型三种，电流型逆变器的优点在于给同步电机供电时可实现自然换相，并且容量可以做得很大，但对于应用广泛的中小型异步电机来说，其强迫换相装置则显得过于笨重。因此，PWM电压型逆变器在中小功率电机控制系统中无疑占主导地位。近来已有采用MOSFET和IGBT成熟产品，开关频率可达15～20KHz，实现无噪声驱动。值得注意的是，正在加紧研究的新型变频器，如矩阵式变频器，串、并联谐振式变频器等也开始进入实用阶段，这预示着新～代电机控制系统将随之产生。(3)广泛应

5、用计算机技术随着微电子技术的发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高，这使得以单片机为控制核心的全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。计算机的应用主要体现在两个方面，一是控制用微机，交流电机数字控制系统既可用专用的硬件电路，也可以采用总线形式，如STD、VME、2电力牵引异步驱动控制技术1绪论MultibusI和II、GESPAC总线等，加上通用或单片微机模板组成最小目标系统。对高性能运动控制系统来说，由于控制系统复杂，要求存储多种数据和快速实时处理大量的信息，可采用

6、微处理机加数字信号处理器(DSP，如TMS320、NEC7720等)的方案，除实现复杂的控制规律外，也便于故障监视、诊断和保护、人机对话等功能的实现。计算机的第二个应用就是数字仿真和计算机辅助设计(CAD)。仿真时如发现系统性能不理想，则可用人机对话的方式改变控制器的参数、结构甚至控制方式，直到满意为止。这样得到的参数可直接加在系统上，避免了实际调试的盲目性和发生事故的可能性。目前有多种软件包，可用于指导系统设计。(4)开发新型电机和无机械传感器技术各种交流控制系统的发展对电机本身也提出了更高的

7、要求。电机设计和建模有了新的研究内容，诸如三维涡流场的计算、考虑转子运动及外部变频供电系统方程的联解、电机阻尼绕组的合理设计及笼条的故障检测(如绕组短路或转子断条)等问题，多回路理论应运而生。为了对电机实现计算机实时控制，一些简化模型也脱颖而出。目前在小功率运动控制系统中剩磁和矫顽磁力的新型永磁材料(钐钴、钕铁硼)的迅速发展。此外，开关变磁阻理论及新材料的发展使开关磁阻电机迅速发展。开关磁阻电机与反应式步进电机相类似，在加了转子位置检测后可有效地解决失步问题，可方便地起动、调速或点控，成为未来伺

8、服系统的一个新星。一般来说，为了满足高性能交流传动的需要，转速闭环控制是必不可少的。为了实现转速和位置的反馈控制，须用测速发电机或光电码盘(增量式或绝对式)来检测反馈量，对于方波同步电机控制系统来说，还需要检测磁极位置。目前，同时满足上述全部要求的传感器件无疑是解算器(Resolver)了。但由于速度传感器的安装带来了系统成本增加、体积增大、可靠性降低、易受工作环境影响等缺陷，使得成本合理、性能良好的无速度传感器交流调速系统成为近年来的一个研究热点。该技术是不在电机转子和机座上安装电磁或光电传感