基于定子磁鏈觀測的大功率永磁同步牽引電機轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制.pdf

1、永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor)應(yīng)用于牽引傳動系統(tǒng)中，需要根據(jù)對其下發(fā)的轉(zhuǎn)矩指令來進行控制。目前常用的永磁同步牽引傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩控制方法如查表法、公式計算轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制等方法都存在受電機電感參數(shù)變化的影響，轉(zhuǎn)矩控制精度不高的問題。方波工況下采用電壓相角法弱磁控制，能在電壓幅值飽和的情況下繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，但想要對轉(zhuǎn)矩進行準(zhǔn)確的控制，也需要觀測到精確的轉(zhuǎn)矩作為反饋量。大功率牽引傳動系統(tǒng)受開關(guān)器件

2、的限制需要保持較低的開關(guān)頻率，受接觸網(wǎng)電壓的限制需要過渡到方波工況，而傳統(tǒng)的過調(diào)制方法電壓不對稱性嚴重。針對上述問題，本文對轉(zhuǎn)矩觀測方法和永磁同步電機全速域轉(zhuǎn)矩控制進行了研究。
　　首先基于PMSM擴展磁鏈數(shù)學(xué)模型，建立了狀態(tài)觀測器。擴展磁鏈狀態(tài)觀測器通過永磁同步電機的電壓、電流和轉(zhuǎn)速來觀測擴展磁鏈，然后根據(jù)擴展磁鏈計算出定子磁鏈。這種方法觀測到的定子磁鏈不受電機電感參數(shù)變化的影響。根據(jù)永磁同步牽引傳動系統(tǒng)的需求對觀測器的極點進行

3、配置。通過仿真驗證了其收斂性和參數(shù)魯棒性。
　　通過觀測的定子磁鏈與定子電流計算出電機電磁轉(zhuǎn)矩，定子電流和定子磁鏈的精度都不受電機電感參數(shù)變化的影響，因此估算轉(zhuǎn)矩的精確性也不受電感參數(shù)變化的影響，保證了轉(zhuǎn)矩環(huán)反饋量的準(zhǔn)確性。接下來分析了電流控制策略，為了減小牽引傳動系統(tǒng)損耗采用MTPA控制方式;為了在逆變器電壓飽和時還能提升轉(zhuǎn)速并控制電機轉(zhuǎn)矩，采用了電壓相角法弱磁控制;根據(jù)上述分析，結(jié)合轉(zhuǎn)矩觀測方法提出了基于定子磁鏈觀測的永磁同步

4、牽引系統(tǒng)全速域轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方案，通過仿真對其進行了驗證。對電機轉(zhuǎn)矩控制受電感參數(shù)變化的影響進行了定量分析。另外為了保證調(diào)制能夠從線性區(qū)順利過渡到方波，提出了變載波頻率過調(diào)制的方法，對該方法和基本矢量鉗位同步調(diào)制進行了分析和實驗。
　　搭建了基于TMS320VC33控制器的300kW永磁同步電機實驗平臺。首先在該平臺驗證了基于擴展磁鏈觀測器的磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測準(zhǔn)確性;然后將估算轉(zhuǎn)矩作為反饋，進行了恒轉(zhuǎn)矩區(qū)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制穩(wěn)態(tài)和動態(tài)實驗;最后