轻轨车牵引电机矢量控制研究

摘要

100％低地板车技术代表了国际低地板轻轨车最先进技术。牵引传动是低地板轻轨车系统的关键组成部分之一，对保证整车系统的安全可靠运行具有至关重要的意义。本文在介绍轻轨车牵引传动系统的基础上，研究了轻轨车牵引电机基于转子磁场定向的矢量控制以及轻轨车牵引传动试验系统的实现。主要内容如下： ⑴引入坐标变换理论，详细导出了异步电机按转子磁场定向方式下的数学模型，提出牵引电机间接矢量控制策略，并介绍了SVPWM的基本原理和实现算法。在此基础上，运用Matlab/Simulink搭建系统仿真模型，对异步电机各种工况进行了仿真研究，为进一步研究打下良好的基础。 ⑵设计了以DSP TMS320F2812为核心，FPGA为辅控的牵引电机全数字控制系统，介绍了控制系统的硬件实现及分级保护策略，提出了系统的软件结构及设计方案，给出了矢量控制主要模块的软件实现方法。 ⑶介绍了基于公共直流母线的双逆变器-异步电机互馈试验系统，提出了牵引电机转速闭环，负载电机转矩闭环的联合控制策略，并采用转矩估算的动态加载方式，分析了试验系统动态调节过程。仿真和实验结果表明，该试验系统具有良好的动静态性能。

目录

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致谢

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 轻轨车电力牵引传动技术的发展和现状

1.3 本文的研究工作

2 轻轨车牵引传动系统

2.1 轻轨车交流传动系统构成

2.2 牵引变流器系统技术方案

2.2.1 牵引逆变器主电路型式的确定

2.2.2 牵引逆变器驱动方式

2.2.3 牵引变流器开关元件选择

2.2.4 牵引系统主电路设计

2.3 异步牵引电机控制技术

2.3.1 磁场定向控制

2.3.2 直接转矩控制

2.3.3 无速度传感器技术

3 矢量控制基本原理

3.1 三相交流异步电机矢量变换基本思想

3.1.1 坐标变换理论

3.1.2 不同坐标系下电机的数学模型

3.1.3 按转子磁场定向方式下电机的数学模型

3.2 矢量控制系统的建立

3.2.1 基于转子磁场定向矢量控制基本方程

3.2.2 间接矢量控制系统

3.3 SVPWM脉宽调制技术

3.3.1 SVPWM的基本原理

3.3.2 SVPWM的调制方法

3.3.3 SVPWM算法实现

3.4.异步电机矢量控制仿真

4 控制系统的设计实现

4.1 控制系统组成

4.1.1 主控制系统

4.1.2 辅控制系统

4.2 主控制系统硬件设计

4.2.1 DSP主控单元

4.2.2 检测电路设计与实现

4.2.3 FPGA保护逻辑及输出调整电路

4.2.4 控制保护

4.2.5 硬件电路设计中的几点问题

4.3 主控制系统软件设计

4.3.1 系统控制软件任务及其设计方案

4.3.2 PWM中断程序设计

4.3.3 主要功能模块的实现

4.3.4.DSP软件设计中的几点问题

5 试验系统研究

5.1 试验系统

5.1.1 基于能量互馈的试验系统基本原理

5.1.2 系统动态调节分析

5.1.3 动态加载原理

5.2 交流传动互馈试验系统仿真

5.2.1 建立系统仿真模型

5.2.2 系统仿真结果及分析

5.3 试验结果及其分析

6 结论

参考文献

作者简历