矿用电动轮自卸车交流传动系统的键合图建模与控制

摘要

交流传动系统为矿用电动轮自卸车的核心设备之一，是一个具有时变参数，非线性、耦合和不确定的复杂系统。当前对交流传动系统的建模多为针对某一个子系统或某一个控制目的进行的建模，随着矿用电动轮车朝着大型化发展，需要改进和完善整车的结构，从而降低故障发生率，缩短维修时间，提高整车的实用性和可靠性，因此对整个交流传动系统统一用键合图作为建模非常有必要；电动轮自卸车的电源由车载大功率柴油发电机组提供，容量有限，运行工况恶劣，负荷波动大，对动力系统运行稳定性和鲁棒性要求更高，因此对交流传动系统的鲁棒性分析和变频调速控制必不可少。本文围绕这两方面进行了研究，用键合图对交流传动系统进行建模；对逆变器输出电压进行控制并分析其鲁棒性，采用键合图的矢量控制技术对电机进行变频调速。论文的主要内容如下：
　　对交流传动系统的功率变换器（整流器和逆变器）和电机进行了键合图建模，并且分别用MATLAB和20-sim对功率变换器和电机进行仿真验证。将整流器的肖特基二极管用键合图元R表示，逆变器的IGBT用键合图开关SW表示。将三相感应电机的坐标变换通过键合图实现，并根据坐标变换的键合图模型推导数学方程与变换矩阵比较，最终建立d-q坐标系的电机的键合图模型。引入寄生电阻消除逆变器的键合图模型中由于因果冲突导致的代数环。
　　用键合图对三相逆变器及LC滤波器进行建模，由键合图模型推导数学控制模型。将LC滤波器的一部分相当于电压源，对LC滤波的电容提供的电压进行控制，引入双向键合图，建立逆向键合图模型。针对三相LC滤波器的三相LC相当于电压源，LC为负载，设计谐振控制器。通过改变负载功率的大小而完整系统的极点的位置基本不发生来说明系统的稳定性问题，从而使交流传动系统达到复杂工况运行的鲁棒性要求；在MATLAB/Simulink中建立基本元件库，建立交流传动系统的键合图模型，采用矢量控制技术对电机进行变频调速控制。

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第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 键合图建模方法及研究现状

1.3 电动轮自卸车交流变频技术原理及分类

1.4 本文研究主要内容

1.5 本文章节安排

第二章 键合图建模理论

2.1 键合图建模的基本概念

2.2 电路的键合图建模

2.3 键合图模型向状态方程的转化

2.4 本章小结

第三章 交流传动系统的键合图建模与仿真

3.1 电动轮自卸车交流传动系统分析

3.2 功率变换器的键合图建模

3.3 电机的键合图建模

3.4 实验仿真

3.5 本章小结

第四章 基于键合图的变频调速控制

4.1 基于键合图理论的系统的可控可观性判定

4.2 基于键合图的逆变器控制

4.3 基于键合图的矢量控制

4.4 总结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士期间发表的论文、参与项目及获奖