城轨车辆用永磁同步电机控制策略优化研究

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1、中图分类号：U264.1学校代码：10856学号：M0601丨2126硕士学位论文Master’sThesis城轨车辆用永磁同步电机论文题目控制策略优化研究车辆工程专业韩清作者姓名余朝刚指导教师完成日期2G14年12月上海工程技术大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所递交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:爲7询日期：1/0年！>月4日上海工程技术大学学位

2、论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海工程技术大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保(请在以上方框内打“V”）学位论文作者签名r指导教师签名前母曰期：年}月4曰曰期：孓月（6曰中图分类号：U264.1学校代码：10856学号：M060112126上海工程技术大学硕士学位论文城轨车辆用永磁同步电机控制策略优化研究作者姓名：韩清指导教师：

3、余朝刚专业：车辆工程学院：城市轨道交通学院申请学位：工学硕士完成时间：2014年12月评阅人：沈钢教授杨俭教授答辩委员会主席：沈钢教授成员：杨俭教授方宇教授师蔚副教授廖爱华副教授UniversityCode：10856StudentID:M060112126ALGORITHMOPTIMIZATIONREAEARCHOFPMSMFORURBANRAILWAYVEHICLECandidate:HanQingSupervisor:YuChaoGangMajor:VehicleEngineeringSchoolofUrbanRailTransportationShanghaiUniversityo

4、fEngineeringScienceShanghai,P.R.ChinaDecember,2014城轨车辆用永磁同步电机控制策略优化研究摘要永磁同步电机是轨道交通车辆牵引系统的核心，可靠的高性能控制策略是保障列车安全稳定运行的关键。现有的城轨控制技术虽能基本满足轨道车辆正常运行的要求，但在恶劣路况或加速过程中出现轮对空转时，列车牵引控制系统会立即调用防空转算法，深度削减给定转矩，使用现有的牵引电机控制策略，导致列车牵引电机的动态特性存在超调大，调节时间长等缺点，达不到列车控制要求，影响列车的运行安全。此外，目前主要使用位置传感器获得牵引电机转子的位置信息，反馈到矢量控制系统中实现闭环控制

5、，保证永磁同步电机的平稳运行，但位置传感器占用了列车转向架空间，限制了牵引电机尺寸，且在恶劣情况下存在较高的故障率。论文针对这两个问题展开控制策略优化研究：针对列车轮对空转时，牵引电机动态特性不足的问题，引入非奇异终端滑模控制算法，优化牵引电机控制策略。分析轨道车辆轮周牵引力以及粘着控制原理，在d-q*坐标系下的永磁同步电机数学模型基础上，采用id=0矢量控制方式，使用非奇异终端滑模算法代替矢量控制双闭环中的PID算法，推导出非奇异终端滑模控制方程，优化牵引电机控制策略。在Matlab/Simulink环境下进行列车不同的运行工况的仿真分析，对比牵引控制系统执行防空转算法时非奇异终端滑模与

6、PID的控制效果，分析所设计的非奇异终端滑模算法的鲁棒性。针对位置传感器带来的问题，将无传感器技术应用于列车牵引控制系统。在前面已优化的矢量控制框架上，基于α-β坐标系下的永磁同步电机数学模型，设计一种新型滑模观测器，将反电动势估算值反馈到电流观测器；使用Sigmoid函数代替开关函数削弱抖振；引入反电动势观测器消除相位滞后；使用指数趋近律代替常值切换控制，优化传统滑模观测器。在Matlab/Simulink环境下仿真分析，对比改进前后的滑模观测器对牵引电机反电动势、转速以及转子角度的观测效果，分析新型滑模观测器在列车牵引控制系统执行防空转算法时对电机转子信息的观测效果。结果表明：列车牵引

7、电机使用非奇异终端滑模控制算法，电机输出转矩超调量小、调节时间短、鲁棒性好，可以很好地跟踪给定转矩的变化，具有良好的动态特性，执I行防空转算法的控制效果明显优于传统PID控制；改进后的滑模观测器明显削弱了高频抖振干扰信号，解决了相位滞后问题，避免了相位补偿环节，降低了估算误差；列车牵引控制系统执行防空转算法时，新型滑模观测器仍可以准确地观测电机的转子信息。论文所采用的两种优化控制策略提高了城轨车辆运行的稳定性，保障了列车