解析城市轨道车辆直线电机牵引控制系统

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1、维普资讯http://www.cqvip.com四论文城市轨道车辆直线电机牵引控制系统刘敏杰王志平(广州市地下铁道总公司车辆研发中心)(广东省科学院自动化工程研制中心)摘要：针对轨道交通车辆直线电机运行的特点，研究探讨了直线牵引电机的控制方法；应用新型32位DSP+心t-片TMS320F2812实现了具体的牵引控制系统方案：通过仿真分析验证了控制系统方案的可行性，对以后实现国产化有一定的参考价值。关键词：直线电机；TMS320F2812；牵引控制系统要实现对直线牵引电机的有效的矢量控制，须根据空

2、1引言气间隙变化和感应板材料质量变化等进行补偿控制。近年来，作为非粘着驱动方式的直线牵引电机车辆，在城市轨道交通中的运用越来越受到各国的重视。直线牵引电机可以视为一台旋转电机沿半径方向切开而展平的感应电机，定子(磁铁和线圈)和转子(感应板)分别安装在车辆转向架上和轨道中间的感R。一次侧电阻R二次侧电阻※应轨上，其机理是固定在转向架的一次线圈通过交流k。一次侧磁漏电感。二次侧磁漏电感※电流，产生移动磁场(行波磁场)，通过相互作用，Lm互感S转差率※已换算到一次侧使固定在整体道床上的二次感应板(展开

3、的转子)产生图1直线牵引电机等效模型磁场，通过磁力(吸引、排斥)实现车辆的运行和制动。2．2矢量控制方法本文根据城市轨道交通直线电机的运行特点探讨了矢量控制的基本原理是将电机的模型方程参考其控制方案的实现。系转换成同步旋转轴a-q，这个轴成90。分割相，并以同步速度旋转。磁通量位于d轴，一次侧电流矢2直线牵引电机控制策略量可以分解为二次有功电流矢量Ia和磁通电流矢量2．1牵引电机的特点和等效电路Id。将磁通量和牵引力分离，对磁通电流Id单独控制，城市轨道交通车辆运行特点是站距短而旅行速直到电流I

4、q和Id并分别与参考电流Iqrer和Lhf相等。度高，需频繁启动和停止，启动推力大，高速区域推2．3气隙变化补偿控制力小；牵引电机的相应快，动态性能优异，由一台逆激励电感随空气隙的变化而波动，结果磁通也引变器驱动多台电动机并联工作。工业领域广泛应用于起波动。激励电感的波动随励磁电流的波动而决定，交流异步牵引电动机的矢量控制具有快速的动态响因而磁通的波动可由励磁电流变化的补偿来控制。应和稳态性能，但不能直接应用在城轨车辆的直线牵2．4感应板质量变化补偿控制引电机。直线牵引电机必须考虑到：1)因轨道

5、上铺设感应板质量的变化引起次级电阻等电机性能的的感应板结构、材料质量及间隙宽度等的改变引起的变化，通过转差频率补偿使转矩的波动得到有效控制。直线牵引电机参数的变化；2)在车站、车辆段等位置2．5在线参数校正控制附近有一感应板作用减弱区域，在该区域内的直线牵快速、准确地对直线牵引电机所发生的变化进行引电机性能会发生较大的变化。因此直线电机的等效校正对于城轨车辆非常重要，理论上感应电压是与q电路(如图1)互感Lm和二次侧电阻变化较大，轴重合，如果直线电机参数发生了变化，感应电压也2006年第1期广东

6、自动化与信息工程1维普资讯http://www.cqvip.com会发生偏移。如上所述，对L吖n和Rr进行在线参数校为减少三相绕组中电流的谐波成分，提高电源电正控制，使其满足：E口-->E口ref；Ed-->0。压的利用率，采用电压空间矢量技术(SVPWM)。2．6最大牵引力跟踪它以三相平衡的正弦波电压供电时交流电机的理想据直线电机牵引特性，牵引力随，／，变化，一磁通圆为基准，用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通，并由它们比较的结果决定次电流，l：√，+12为固定值时，如果比值

7、，日／，d逆变器的开关状态，形成PWM波形，实现对直线牵能够保持在2．0～2．5左右，则可维持最大牵引力。因，引电机的变频调速。和，可分别控制，进而实现最大牵引力跟踪。综上所述，直线牵引电机的矢量控制原理如图2。2．7电压空间矢量(SVPWM)／／气隙变化补偿、＼『V。＼l补偿器}V丁qF⋯F／／参考磁通}参考电流Idr馈参考电压l。Vd、、／．；+借呈lVParkSVPWMi参考力矩计算器I‘。≥逆变换q叭，pq轴电流控制器L一I口LvVbVc电流磁链I，01d轴电流控制器l一位置计算r，1：

8、’a●ClarkeF滑差频率—IIdParkl且逆变换●1iI变换『b，、，、碡应板质量变化补偿荔补偿器ctLIM、／，l!『Fr直线电机转速频率图2LIM矢量控制原理图3控制系统硬件实现冲序列相位超前，然后产生一个方向信号作为通用定时器2(或4)的方向输入，定时器根据相位超前(或控制系统以32位定点数字信号处理器滞后)进行递增(或递减)计数，通过相应的计算公TMS320F2812为主控芯片，完成电流环、速度环、式，得到直线牵引电机的转动频率等参数。位置环及各类补偿算法实现与控制。整个系统的硬件