高速列车牵引异步电机并联运行方式的黏着控制方法研究

摘要

由于轻量化、造价低以及结构紧凑等优点，高速列车多采用一台逆变器驱动多台异步电机的运行方式。为了解决由轮径差异和不同轴位黏着状态差异导致的并联电机转矩不平衡、黏着利用率降低现象，有必要研究异步电机并联运行方式的控制方法。本文主要研究高速列车异步电机并联运行方式的控制方法，包括并联电机的矢量控制方法及其黏着控制方法。首先基于高速列车的轮轨接触理论和牵引电机-齿轮箱-传动机构的动力学模型，建立了CRH2A动车组的单轴动力学模型和单节动车的多轴动力学模型;其次，基于异步电机稳态模型，建立了异步电机并联运行的稳态分析模型，讨论了轮径差异和转子电阻差异对转矩不平衡程度的影响，得出了偏差转矩与列车运行状态之间的变化规律;第三，建立了两电机加权矢量控制数学模型，得到了转矩之和、转矩之差和权重系数三者的关系表达式，在存在轮径差时采用异步电机并联运行的加权矢量控制策略，通过调节权重系数实现了对偏差转矩的控制;第四，研究了采用最陡坡度法的最优黏着控制方法，实现了对最优蠕滑差的跟踪;提出了结合加权矢量控制的异步电机并联运行最优黏着控制方法，该方法可以在保证黏着系数较小的轴不发生空转滑行且转矩最大化的前提下，增大转矩不平衡，提高黏着利用率;最后，基于惯量模拟技术和缩放策略搭建了5.5kW并联电机半实物模拟实验平台，在实验平台上对并联电机的加权矢量控制方法和基于黏着系数观测的并联电机黏着控制方法进行了实验验证。

目录

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致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究发展趋势和现状

1．3 论文的主要内容

2 列车动力学模型的建立

2．1 轮轨黏着关系基本理论

2．1．1 轮轨蠕滑现象

2．1．2 黏着系数

2．2 列车动力学模型

2．2．1 单轴动力学模型

2．2．2 单节动车动力学模型

3 无空转／滑行时的异步电机并联运行控制方法

3．1 牵引电机并联运行特性分析

3．1．1 轮径差异对转矩不平衡的影响

3．1．2 电机参数差异对转矩不平衡的影响

3．1．3 考虑轮径差异和电机参数差异的计算

3．2 异步电机并联运行加权矢量控制策略

3．2．1 两电机加权矢量模型

3．2．2 加权矢量控制方程

3．2．3 异步电机并联运行加权矢量控制策略

3．3 无空转滑行时加权矢量控制策略的仿真

3．3．1 无空转滑行无轮径差的仿真

3．3．2 存在轮径差时平均矢量控制的仿真

3．3．3 存在轮径差时加权矢量控制的仿真

4 空转／滑行时的异步电机并联运行黏着控制方法

4．1 最优黏着控制方法

4．1．1 空转判据

4．1．2 基于黏着观测器的最优黏着控制方法

4．1．3 单动轴的最优黏着控制方法仿真

4．2 异步电机并联运行的黏着控制方法

4．2．1 异步电机并联运行的黏着控制思想

4．2．2 结合加权矢量控制的异步电机并联运行最优黏着控制方法

4．3 异步电机并联运行黏着控制方法的仿真

5 异步电机并联运行控制方法实验

5．1 实验平台设计思路

5．2 5．5kW并联电机实验平台

5．2．1 异步电机并联运行实验平台结构

5．2．2 实验平台主要设备参数

5．3 5．5kW并联电机并联运行控制方法实验

5．3．1 单轴最优黏着控制实验

5．3．2 存在轮径差时异步电机并联运行实验

5．3．3 异步电机并联运行黏着控制实验

6 结论

参考文献

作者简历

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