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基于CRH3型动车电力牵引控制系统的研究

作　者: 高贯祥
导　师: 卢秀和
学　校: 长春工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 三相异步牵引电机 直接转矩控制 模糊控制 Matlab/Simulink
分类号: TM922.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


传统的直接转矩控制通过直接控制转矩和磁链来间接控制电流,不需要复杂的旋转坐标变换,因此具有结构简单,转矩响应快以及对参数鲁棒性好的优点,但是直接转矩控制系统难以获得类似矢量控制那样宽广的调速范围,其根源主要在于其低速转矩特性差、带负载能力下降以及存在稳态转矩脉动。本文分析了CRH3型动车组的大功率牵引系统,建立了三相异步电机的数学模型,深入研究了传统直接转矩控制的工作原理,详细描述了传统的直接转矩控制算法的实现过程,得到了仿真结果,并就传统DTC算法中转矩脉动比较大的问题进行了分析、归纳。针对传统直接转矩控制系统存在的问题,本论文在全速度范围内采用不同的控制策略。在启动及低速范围,采用圆形磁链定向的方式,实现转矩的间接控制；在恒磁通区域的高速范围,采用六边形磁链定向的直接转矩控制；在弱磁范围,采用六边形磁链定向,进行恒功率调节。并采用定子电阻模糊观测器实时观测定子电阻值的变化,准确的得到定子电阻值,然后根据电机u-i模型,外加带幅值和相位补偿的低通滤波器来计算出定子磁链值,从而减少了因定子电阻变化引起的定子磁链估测误差。还提出采用模糊控制器代替传统的Band-Band定子磁链和转矩控制器,对逆变器开关状态进行更精细的控制,减少了转矩脉动,扩大了直接转矩控制系统的调速范围。应用专门面向电机控制的芯片TMS320F2407 DSP,组建一个以该芯片为核心控制器件的数字化直接转矩模糊控制实验系统,通过Matlab软件仿真结果和实验结果分析,本文设计的控制系统提高了电机运行的稳态性能,减少了电机的稳态转矩脉动,扩大了电机的调速范围。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-6
第一章 绪论  6-12
  1.1 电力牵引技术发展概况  6-7
    1.1.1 电力牵引技术发展与应用  6-7
    1.1.2 现代交流传动的控制方式  7
  1.2 直接转矩控制技术概述  7-11
    1.2.1 直接转矩控制产生的背景及特点  7-9
    1.2.2 国内外研究动态  9
    1.2.3 研究热点及难点  9-11
  1.3 本课题研究意义及内容结构  11
  1.4 本章小结  11-12
第二章 CRH3型动车大功率牵引系统分析  12-21
  2.1 系统组成  12-13
  2.2 交流传动机车的牵引特性  13-14
  2.3 变流器的组成及控制方法  14-20
    2.3.1 电压型四象限脉冲整流器的组成及控制方法  14-17
    2.3.2 牵引逆变器的组成及控制方法  17-20
  2.4 本章小结  20-21
第三章 异步牵引电机的DTC控制原理及模型建立  21-36
  3.1 异步牵引电机的数学模型  21-27
  3.2 直接转矩控制原理  27-31
    3.2.1 磁链模型  27-28
    3.2.2 磁链给定值的确定  28-29
    3.2.3 定子磁链观测器的优化设计  29-31
  3.3 转矩控制环节  31-33
    3.3.1 转矩调节  31-32
    3.3.2 转矩容差值的确定  32-33
  3.4 电压空间矢量调制及开关信号选择  33-35
  3.5 本章小结  35-36
第四章 基于模糊控制器的DTC系统仿真研究  36-47
  4.1 传统DTC系统方法仿真  36-37
  4.2 基于模糊控制器的DTC系统仿真  37-46
    4.2.1 电压矢量占空因子调节法  37-43
    4.2.2 仿真结果  43-46
  4.3 本章小结  46-47
第五章 电力牵引控制系统的硬件和软件实现  47-61
  5.1 TMS320F240系列DSP的概述  47-48
  5.2 主电路设计  48-51
    5.2.1 整流电路  49
    5.2.2 中间滤波电路  49
    5.2.3 逆变电路  49-51
  5.3 系统保护电路  51-54
    5.3.1 过压、欠压保护  51-52
    5.3.2 限流起动电路  52-53
    5.3.3 过流保护电路  53-54
  5.4 系统的控制电路  54-58
    5.4.1 基于TMS320F240 EVM板数字信号接口电路  54-57
    5.4.2 基于TMS320F240 EVM板的模拟信号接口电路  57-58
  5.5 系统软件设计  58-60
    5.5.1 主程序模块  58-59
    5.5.2 主中断服务程序  59-60
    5.5.3 功率模块保护中断(PDPINT)服务程序  60
  5.6 本章小结  60-61
第六章 结果分析及展望  61-64
  6.1 实验结果  61-62
  6.2 展望与总结  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
附录  68-69
攻读硕士学位期间发表论文  69-70

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电力牵引 > 牵引供电系统
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