牵引永磁同步电机无传感器控制的带速重投的研究

ｌａｒｇｅ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｗｈｉｃｈ ａｔ－ｅ ｖｅｒｙ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｍｏｔｏｒｓ ｉｎ ｒａｉｌｗａｙ ｓｙｓｌｃｍ Ｔｏ ａｖｏｉｄ ｕｓｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒｓ ｓｏ ａｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ＰＭＳＭ ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｒｅｓｔａｒｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ＰＭＳＭ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｓ ａｎａｌｙｓｅｄ Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅ ｓｔａｔｏｒ ｆｌｕｘ ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｒｏｔｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ Ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒｗｉｔｈ ｖａｒｉａｂｌｅ ｌｉｍｉｔ ａｎｄ ｃｕｔ ｏｆｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｒｅｐｌａｃｅ ｔｈｅ ｐｕｒｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ＤＣ—ｂｉａｓ Ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｆｌｕｘ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ
６９
４ ３ ２断电时小同电机速度对重投时角度估讣的影响
７３
４ ３ ３带小同负载时的断电重投实验
７４
５
结论
７７
５ｌ 论文的主耍上作
７７
５．２ 今后的研宄方向
７７
参考文献
７９
作者简』＿ＩＪ
８２
独创性声明
８３
学位论文数据集
８４
』Ｅ 立 奎 丝 厶 生 亟 ± ！ｉ兰 垃 丝 主
堑堡
１绪论
１ １ 课题的研究背景及意义
轨道车辆的驱动电机从最初的直流电机，到后来的交流电机，经历了 个漫 长的过程，如今，异步电机应用于轨道交通领域的技术已经非常成熟，而目有着 较好的控制效果。近些年来，随着稀，十永磁材料尤其是钕铁硼材料的发展，小磁 电机也得到了迅速的发展。永磁电机转ｒ磁场的产生采用了永久磁体的磁场代替 了励磁线圈产，Ｅ的磁场，使得电机的结构得到简化，提高了功率晰度和效率，尤 其适合于蜜装空间受限的轨道车辆上，而永磁电机具备的启动转矩人、稠速范围 童等特点也与轨道车辆的需要相匹配。近年来，永磁电机在轨道交通领域的应用 得到广泛关注。国外已经率先进行Ｊ’永磁电机传动系统的研究开发，德国西门ｒ 公＿口Ｊ的ＩＣＥ３试验列车、法国阿尔斯通公司的ＡＧＶ列车、日本东芝公吾』的Ｅ９５４ 列车等都采用了永磁同步电机传动系统，而稚·我国这领域的研究才刚剐起步”‘， 田此，国内急需开展轨道交通领域的永磁Ｈ步电机应用研究。
本文首先建立了永磁同步电机的数学模型，讨论ｒ电机的矢量控制策略．研 究ｒ估计电机转ｆ位置和速度的定子磁链法：采用 种变限幅值和截止频率的改 进积分器来代替纯积分环节，避免了直流偏置的影响：应用有效磁链的概念，可 精确地从定于磁链估训值计算Ⅲ凸极式永磁电机的转子位置角。
牵引电机需要绎常Ｊ二作在惰行上况，惰行结束后电机的带速重投过程仍然需 要对电机速度和位置进行准确估计。由于惰行时电机无电流，冈此常规力法小再 适用。本史采用短路电流矢量法．即在惰行即将结束时对电机进行两次短时间短 路，通过短路电流值可估讣出电机重投时刻的转速发位置。本文还研究丁带速重 投期间，短路电流矢量法和定子磁链洼的过渡过程。
ｉｖ
目录
ｖ
ｌ
绪论
Ｉ
１ｌ 课题的研究背景及意义
１
１ ２ 研究现状
２
１ ３ 本文的主要Ｊ一作
４
２
永磁同步电机无传感器矢量控制
７
２ Ｉ 永磁同步电机的数学模型
７
２ １ Ｉ裨ＡＢＣ坐标系中的定子电眶、磁链和转矩方程
７
２１ ２常用的坐标系和坐标变换式
９
２１ ３在ｄｑ坐标系叫１的定ｆ电压、磁链和转矩方程
１ｌ
２ １ ４基于有效磁链的电机转矩方程
】２
２ ２ 永磁同步电机的矢量控制
…
１３
２．２１矢量挣制策略…
１３
２ ２ ２永磁同步电机的矢量控制仿真
１５
２．３ 基丁有效磁链的）ｉ三传感器控制方法
１７
２．３１定子磁链法
１７
２ ３ ２基于有效磁链的转ｆ位置估讣
１９
２．４ 基ｒ有效磁链的无传感器控制仿真…
２２
２．４ １改进型积分器与传统积分办法的仿真结果对比
ｔｏ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ＰＭＳＭ（ＩＰＭＳＭ）ｅｘａｃｔｌｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ
ｓｔａｔｏｒ ｆｌｕｘ Ｈｏｗｅｖｅｒ ｔｈｅ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｍｏｔｏｒ ｗｏｕｌｄ ａｌｗａｙｓ ｗｏｒｋ ｉｎ ｃｏａｓｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｒｅｓｔａｒｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｆｔｅｒ ｃｏａｓｔｉｎｇ ａｌｓｏ ｎｅｅｄｓ ｔｈｅ ｅｘａｃｔ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｒｏｔｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｓ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｗｉｎｄｉｎｇ ｄｕｒｉｎｇ ｃｏａｓｔｉｎｇ，ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｎｏ ｌｏｎｇｅｒ ｍａｔｃｈｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｖｅｃｔｏｒ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｕｓｅｄ Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｗｏｕｌｄ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｓｈｏｒｔ ｏｕｔ ｔｗｉｃｅ ｔｏ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｃ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｒｏｔｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｔ ｔｈｅ ｒｅｓｔａｒｔ ｍｏｍｅｎｔ Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔａｔｏｒ ｆｌｕｘ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｖｅｃｔｏｒ ｍｅｔｈｏｄ’ｓ ａｌｓｏ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ Ｔｈｅｎ，ｔｈｃ ＰＭＳＭ ｓｃＮｓｏｒｌｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｉｎｍｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｂｕｉｌｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｍａｔｌａｂ／ ｇｉｍｕｌｉｎｋ Ａｎｄ ｏｎ ｔｈｅ ＰＭＳＭ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｍｙｗａｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ＰＭＳＭ ｓｃｎｓｏｒｌｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｒｅｓｔａｒｔ ｕｓｉｎｇ ｓｔａｔｏｒ ｆｌｕｘ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｖｅｃｔｏｒ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ Ｓｉｍｕｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｔｏｒｑｕｅ ｃｅｒｔｉｆｙ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔａｔｏｒ ｆｌｕｘ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ａ ｈｉｇｈ ｐｒｃｃｉｓｉｏｎ ｏｎ ｍｉｄｄｌｅ－ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｒｅｇｉｏｎ，ａｎｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃＩＬＩＴｅＤｔ ｖｅｃｔｏｒ ｍｅｔｈｏｄ ｔｈｃ ｍｏｔｏｒ ｃｏｕｌｄ ｒｅｓｔａＦ［ｓｍｏｏｔｈｌｙ ａｆｔｅｒ ｃｏａｓｔｉｎｇ
５３
４１
实验、卜台结构与－二耍设备参数
４．２ 九传感器矢量控制的实验波形及分析
４．２ Ｉ无传感器控制ｒ的空牧运行实验
站锚锊
４ ２ ２无传感器控制Ｆ的带载实验
５９
４．２ ３小同加速度的实验
…
６３
４ ２ ４无传感器控制ｒ的恒速变竣实验
６７
４．３ 无传感器矢量拧制Ｆ的带速重投实验
６９
４ ３ １小问断电运行时｜月Ｊ条件Ｆ的电机重投实验
ＫＥＹＷｏＲＤＳ：ＰＭＳＭ：Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ：Ａｃｌｉｖｃ ｆｌｕｘ；Ｓｔａｔｏｒ ｆｌｕｘ ｍｅｔｈｏｄ；Ｓｈｏｒｔ
ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｕｒｒｅｎｌ ｖｅｃｔｏｒ ｍｅｔｈｏｄ Ｃｌ』ＡＳＳＮＯ：ＴＭ９２２ ７ｌ
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目录
中文摘要
Ⅲ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
杨中·Ｆ教授和林飞副教授悉心指导我们完成，实验室的科研上作。存学习上 和生活Ｌ都给予了我很大的关心和帮助．在此向杨中平老师和林飞老师表示衷心 的谢意。林Ｅ副教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见．存此表 示衷心的感谢。
在实验室Ｊ√仁及撰’弓论文期间，崔玲、胡太元、易泽字、乍珂、Ｉ二旭东等同 学对我论文中的研究Ｌ作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。
２２
２．４ ２无传感器矢量控制系统仿真
２４
３
永磁问步电机尢传感器控制的带速重投方法
３５
３ １ 短路电流矢量法的数学模型
３５
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
３ Ｉ ｌ短路电流矢量法对转速的估讣
３６
３ Ｉ ２短路电流矢量法对转ｒ位置的估计
３８
３ ２ 小同条件Ｆ基于短路电流矢量法无传感器带速蓐投仿真
３９
４
基Ｊ１ ＭｙｗａｙｌＦ台的永磁同步电机系统实验
另＿；＇ｔ＇４１－常感谢我的家人，是他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的 学业。
中文摘要
摘要： 永磁同步电机具有效率高、启动转矩大等优点，适合应用于轨道交通车辆作
为牵引电机。为了避免使用机械式速度位置传感器，提高牵引传动系统可靠性， 本文研究了免机械传感器的永磁同步电机速度／位置估计及惰行后的带速重投方 法。
作者姓名：袁 倩
导师姓名：杨中ｉｒ 余进
工程领域：电气工程领域