牵引直线感应电机的直接推力控制研究

摘要

随着城市交通拥堵问题愈发严重,我国进入了城市轨道交通发展的高峰期,直线感应电机提供动力的轨道交通系统凭借其自身独特的优势受到了广泛的关注。直接推力控制技术算法简单、动态响应迅速、对参数变化鲁棒性强,非常适合控制牵引电机。
　　本文以用于城市轨道交通列车牵引的短初级单边型直线感应电机为研究对象,从理论分析和计算机仿真两个方面对直线感应电机的工作特性和直接推力控制策略等方面进行了深入的研究。主要研究内容如下:
　　首先,对直线感应电机的边端效应和垂向力问题进行了分析,横向边端效应和第一类纵向边端效应在牵引直线感应电机中影响较小,而第二类纵向边端效应对电机性能的影响较大,在此基础上引入无单位量纲Q修正旋转感应电机的数学模型,建立了直线感应电机的数学模型。
　　其次,通过Ansoft Maxwell软件对直线感应电机进行了电磁仿真,仿真模型的建立考虑了道岔处次级感应板不连续的情况,详细分析了直线感应电机初级铁芯部分进入、完全进入、部分离开和完全离开时气隙磁场的分布情况,并根据推力和垂向力的变化规律得出直线感应电机行至无感应板区域时会丧失推力。
　　再次,研究了适合轨道交通电力牵引的直线感应电机直接推力控制策略,利用所建直线感应电机数学模型,通过s函数建立了在Matlab/Simulink软件中的仿真模型,针对磁链观测器存在的观测误差,建立了修正误差后的直接推力仿真模型。对考虑与不考虑边端效应的直线感应电机模型进行了速度阶跃仿真,验证了电机模型的正确性;对采用不同磁链观测器的控制系统进行了速度阶跃和推力阶跃仿真,仿真结果说明了控制策略的正确性。
　　最后,以列车通过道岔时总推力保持稳定为目的,并以广铁四号线车辆为例,针对道岔处无次级感应板的情况,建立了只含初级的电机模型,并对含有四台电机的系统进行了仿真,仿真结果表明在列车通过无感应板区域过程中总推力保持恒定,避免了推力的损失。

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1 绪论

1.1 选题背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究工作内容

2 直线感应电机的基本工作原理

2.1 直线感应电机的基本工作原理

2.2 直线感应电机的结构特点

2.3 直线感应电机在轨道交通中的应用优势及不足

2.4 小结

3 直线感应电机的特性分析及等效电路

3.1 第一类横向边端效应对电机性能的影响

3.2 第二类横向边端效应对电机性能的影响

3.3 第一类纵向边端效应对电机性能的影响

3.4 第二类纵向边端效应对电机性能的影响

3.5 垂向力对电机性能的影响

3.6 直线感应电机的等效电路

3.7 小结

4 牵引直线感应电机的Ansoft Maxwell仿真

4.1 Ansoft Maxwell软件简介

4.2 牵引直线感应电机的Ansoft Maxwell仿真

4.3 小结

5 牵引直线感应电机的直接推力控制

5.1 直接推力控制的基本控制原理

5.2 直接推力控制的Matlab仿真模型

5.3 仿真结果及分析

5.4 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果