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《中南大学》 2010年
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城轨牵引内置式永磁同步电机驱动系统效率优化控制方法研究

盛义发  
【摘要】:城轨交通具有客运周转量大、安全可靠、受干扰少等其他城市客运交通无可比拟的优点,对缓解城市交通压力的作用越来越受到重视。电力牵引具有功率大、速度快、效率高、过载能力强等特点,已经成为城轨交通牵引动力的发展方向。内置式永磁同步电机以其体积小、低速输出转矩大、磁路气隙小等优点,可利用其磁阻效应来提高电机效率和改善调速特性,特别适宜用作城轨交通的牵引电机。城轨电力牵引系统运行能耗问题引起广泛关注,牵引系统节能控制成为城轨牵引系统研究的一个重要方向。论文以城轨牵引内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor, IPMSM)驱动系统为研究对象,结合城轨交通运行特性,重点研究内置式永磁同步电机效率优化及其控制策略的相关理论和方法,为城轨牵引内置式永磁同步电机驱动系统节能降耗应用提供理论和实验研究基础。 首先分析内置式永磁同步电机的结构和原理,推导其在不同坐标系中的数学模型,得到相应的等效电路。在分析空间矢量脉宽调制(Space Vector PWM,SVPWM)电压型逆变器的工作特点和SVPWM输出波形谐波成分的基础上,提出了IPMSM直接转矩控制系统开关频率优化方法,根据转速和负载自适应控制滞环宽度值,采用零电压矢量优化分配策略,抑制逆变器输出电压电流谐波,减少由谐波引起的铁芯损耗和铜损,提高系统的效率,改善系统的动态性能。 针对城轨牵引电机驱动系统在加速区和制动区暂态运行过程的效率优化问题,结合城轨牵引电机驱动系统运行特点和电机状态方程,提出了最优磁链/速度控制策略和效率优化瞬时功率控制策略。最优磁链/速度控制策略在充分发挥永磁同步电机转矩输出能力的同时,控制定子磁链和电机的速度,实现永磁同步电机损耗最小运行,提高电机的运行效率。瞬时功率控制策略是根据三相电路瞬时功率理论,通过控制电机瞬时输入有功和无功功率,控制电机定子磁场幅值和位置角度,提高系统的效率以及转矩输出能力和响应速度。 将城轨牵引电机驱动系统恒速(巡航)运行效率优化控制问题转化为电机稳态运行效率优化控制问题。分析了各种损耗与励磁电流和转速的关系,建立了IPMSM的损耗模型,提出了一种电磁损耗最小的励磁电流控制方法,实现最小损耗电流和最大输出转矩控制,提高电机运行效率和改善系统动态性能。 基于损耗模型的IPMSM驱动系统效率优化控制方法对电机参数依赖大,实现困难大。研究了黄金分割法和模糊寻优法结合的搜索技术,提出了城轨牵引IPMSM驱动系统基于集成搜索技术的效率优化控制方法。仿真结果表明:该方法可以减小系统能耗,提高牵引系统的效率,转矩脉动小,鲁棒性好。 采用ST公司的STM32F103嵌入式微控制器作为主控制芯片,以C语言作为控制软件编程语言,构建了IPMSM交流调速实验平台,详细介绍了系统的硬件电路和部分软件的设计与实现。基于该实验平台进行了IPMSM驱动系统起动/制动暂态过程运行和恒速(巡航)稳态运行的效率优化控制实验。实验结果验证了本文提出的效率优化控制方法的正确性和有效性。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM341

【引证文献】
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1 王洪瑞;基于LabWindows的交流永磁同步电机控制系统研究[D];山东大学;2012年
2 陈旭;永磁同步电机最小功率损失控制方法的研究[D];北方工业大学;2013年
3 杨金星;基于DSP的永磁同步电机控制系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
4 李明;分数阶微积分算子有理逼近方法研究[D];大连交通大学;2013年
【参考文献】
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1 王峰,刘海东,丁勇,陈善亮,毛保华;列车节能运行的算法及实施技术研究[J];北方交通大学学报;2002年05期
2 近藤稔,易厚梅;永磁同步电动机在铁道机车动车上的应用[J];变流技术与电力牵引;2003年01期
3 T.Klockow,王渤洪;永久磁铁励磁的牵引电动机[J];变流技术与电力牵引;2003年04期
4 H.Nieke,王渤洪;低地板车辆用牵引电动机系列[J];变流技术与电力牵引;2004年02期
5 川村淳也,姚永康;牵引电动机能耗的比较[J];变流技术与电力牵引;2004年06期
6 吴茂杉;;国内城轨车辆电传动系统主要问题分析[J];变流技术与电力牵引;2007年01期
7 黄先进;张立伟;;高速列车牵引电传动系统集成与优化设计研究[J];变频器世界;2009年10期
8 赵辉;鲁超;冯金钊;;基于SVPWM的永磁同步电机控制策略研究[J];电测与仪表;2009年07期
9 宋聚明,苏彦民;基于精确建模下的永磁同步电动机(PMSM)最佳效率控制研究[J];电工电能新技术;2004年02期
10 王步来;顾伟;;稀土永磁同步电动机的工程设计研究[J];电工电能新技术;2006年02期
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1 窦汝振;高性能永磁交流伺服系统及其新型控制策略的研究[D];天津大学;2003年
2 许振伟;永磁交流伺服系统及其控制策略研究[D];浙江大学;2003年
3 李洁;高性能变频调速系统若干关键技术问题研究[D];西安理工大学;2006年
4 许峻峰;提高永磁同步电动机调速系统性能方法研究[D];西南交通大学;2006年
5 赵清;中型高效永磁同步电动机设计关键技术研究[D];沈阳工业大学;2006年
6 石红国;列车运行过程仿真及优化研究[D];西南交通大学;2006年
7 李珂;电动汽车高效快响应电驱动系统控制策略研究[D];山东大学;2007年
8 邹积勇;电动汽车控制策略研究[D];天津大学;2007年
9 刘建强;直线电机轨道交通牵引传动系统研究[D];北京交通大学;2008年
10 孔令洋;城市轨道交通系统型式选择研究[D];北京交通大学;2009年
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1 胡奇锋;永磁同步电机高性能调速控制系统研究[D];浙江大学;2004年
2 周伟志;电气化铁路供电系统负荷过程仿真研究[D];西南交通大学;2004年
3 崔恒;基于模糊控制的异步电动机运行效率优化研究[D];西安理工大学;2005年
4 孙丰涛;基于DSP的矢量控制异步电机效率优化控制研究[D];山东大学;2005年
5 崔培良;高性能交流电机变频控制及效率改善[D];青岛大学;2006年
6 侯蓉华;城际轨道交通系统若干问题研究[D];西南交通大学;2006年
7 安忠良;超高效永磁同步电动机研究开发[D];沈阳工业大学;2006年
8 张飞;地铁用永磁同步电动机设计中的关键技术问题研究[D];沈阳工业大学;2006年
9 陈启飞;电动汽车驱动装置效率最佳的控制方法研究[D];沈阳工业大学;2007年
10 裴华刚;基于DSP的异步电机矢量控制系统效率优化与仿真[D];武汉理工大学;2007年
【共引文献】
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1 杨玉东;刘保连;;基于模糊滑模控制器的PMSM伺服系统[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年06期
2 张春,郭兴众;模糊直接转矩控制系统的仿真研究[J];安徽机电学院学报;2002年04期
3 郭兴众;;直接转矩控制中无速度传感器技术的现状及发展[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2006年02期
4 李敏;陈其工;江明;;基于零矢量插入的矢量细分的PMSM直接转矩控制研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2009年01期
5 唐勇奇,赵葵银,伍萍辉;基于Intel 80C196的交流伺服系统[J];半导体技术;2001年03期
6 廖子庭;樊生文;冯建国;李正熙;;基于DSP2407的矢量控制三相异步电动机变频调速系统设计[J];北方工业大学学报;2006年03期
7 杨立永;王周龙;田红芳;;光伏并网系统中的无功及谐波电流检测与补偿[J];北方工业大学学报;2011年01期
8 李亚西,郑琼林,郝荣泰;交流传动异步牵引电机能量反馈型温升试验台仿真研究[J];北方交通大学学报;2001年04期
9 丁勇,毛保华,刘海东,张鑫,王铁城;列车节能运行模拟系统的研究[J];北方交通大学学报;2004年02期
10 余晓霏;周国荣;丁鹏;;基于PROFIBUS现场总线控制的交流异步电机与直流电机的速度同步控制[J];办公自动化;2007年02期
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1 盛义发;喻寿益;洪镇南;高金生;;永磁同步电机直接转矩控制系统的开关频率优化及其模糊控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 盛义发;喻寿益;洪镇南;;一种新颖的永磁同步电机直接转矩控制方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 陈翠;孙衢;王旭光;;基于EKF的感应电机无速度传感器控制系统[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 王应海;张好明;丁慎平;;永磁同步电动机负载转矩观测器数字化实现研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 张定华;桂卫华;阳春华;王卫安;;三相大功率冲击性负载电能质量综合补偿系统研究及应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 ;Field Weakening Operation Control of Permanent Magnet Synchronous Motor for Railway Vehicles Based on Maximum Electromagnetic Torque at Full Speed[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 虞正民;颜文俊;包哲静;;基于损耗模型和模糊搜索的异步电机最优效率控制方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 ;Field Weakening Operation Control Strategies of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor for Electric Vehicles[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
9 ;Operation Control of Flywheel Energy Storage System with Wind Farm[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
10 王映斐;程启明;程尹曼;胡晓青;;基于模糊控制器的异步电动机直接转矩控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
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1 杨金辉;数字化PWM逆变系统控制关键技术研究及其应用[D];湖南大学;2010年
2 万宇宾;交流伺服系统自适应滑模控制理论与方法研究[D];华中科技大学;2010年
3 雷金;洛仑兹平面电机的结构动态特性研究[D];华中科技大学;2010年
4 王晋;多相永磁电机的理论分析及其控制研究[D];华中科技大学;2010年
5 杨通;高速大推力直线感应电机的电磁理论与设计研究[D];华中科技大学;2010年
6 庞珽;混合动力汽车双机械端口电机及其控制系统研究[D];华中科技大学;2010年
7 谢斌;并联型有源电力滤波器谐波检测及控制技术研究[D];华中科技大学;2010年
8 张波;重载组合列车牵引及制动系统的试验与仿真研究[D];中国铁道科学研究院;2009年
9 吕艳玲;超高压发电机失磁过程的研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
10 邓野;CTCS-3测试仿真环境可视化关键技术的研究[D];北京交通大学;2010年
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1 杨亮;基于DSP的交流异步电动机变频调速技术研究[D];安徽工程大学;2010年
2 凌刚;基于DSP+FPGA的永磁同步电动机伺服驱动器研究[D];安徽工程大学;2010年
3 王旭强;圆筒型永磁直线同步电机电磁性能及温度场研究[D];河南理工大学;2010年
4 赫英毅;毫米波段基于TE_(21)模差网络设计[D];中国工程物理研究院;2009年
5 高圆圆;基于FPGA的跑步机变频调速系统的设计研究[D];山东科技大学;2010年
6 翟清震;电流型Z源逆变器主电路控制策略研究[D];山东科技大学;2010年
7 徐坤山;三相四线制并联型有源电力滤波器的研究[D];山东科技大学;2010年
8 葛金法;感应电机矢量控制系统研究与实现[D];浙江理工大学;2010年
9 郝春学;基于DSP的三电平异步电动机直接转矩控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 史大伟;宽频调速系统设计及精度分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
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1 陈志锦;易健;张博;;基于DSP的全数字交流伺服系统的设计[J];兵工自动化;2006年02期
2 许家群,朱建光,邢伟,唐任远;电动汽车驱动用永磁同步电动机系统效率优化控制研究[J];电工技术学报;2004年07期
3 吴茂刚,赵荣祥,汤新舟;矢量控制永磁同步电动机低速轻载运行的研究[J];电工技术学报;2005年07期
4 杨立永;张云龙;陈智刚;李正熙;;基于参数辨识的PMSM电流环在线自适应控制方法[J];电工技术学报;2012年03期
5 曾建安;曾岳南;暨绵浩;;永磁同步电机转子初始位置检测[J];电机技术;2005年04期
6 张相军,陈伯时;无刷直流电机控制系统中PWM调制方式对换相转矩脉动的影响[J];电机与控制学报;2003年02期
7 王晓磊;赵克友;;永磁同步电机最小损耗的直接转矩控制[J];电机与控制学报;2007年04期
8 M.德潘布洛克;陈伯时;;逆变器供电感应电动机的直接自控制(DTC)[J];电力电子;2004年03期
9 刘宁;那日沙;王旭东;;基于SVPWM永磁同步电机磁场定向控制算法的仿真[J];电力电子;2009年05期
10 胡庆波,吕征宇;全数字伺服系统中位置前馈控制器的设计[J];电气传动;2005年05期
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1 崔纳新;变频驱动异步电动机最小损耗快速响应控制研究[D];山东大学;2005年
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1 周元志;基于DSP变频调速系统的研究[D];武汉理工大学;2004年
2 李季;永磁同步电机矢量控制系统仿真[D];辽宁工程技术大学;2005年
3 马欣;永磁同步电动机直接转矩控制技术研究[D];西北工业大学;2006年
4 龚云飞;交流永磁同步电机伺服系统的仿真及实现[D];哈尔滨工业大学;2006年
5 陈佳桂;永磁同步电机伺服驱动控制器的研制[D];广东工业大学;2008年
6 洪涛;永磁同步电机伺服系统设计及算法研究[D];厦门大学;2008年
7 赵阳;基于DSP的永磁同步电机伺服控制系统设计与实现[D];厦门大学;2008年
8 张佳;基于TMS320F2812的永磁同步电机矢量控制系统的研究[D];吉林大学;2009年
9 葛强;一种基于硬件构件的虚拟仪器平台的设计和实现[D];苏州大学;2009年
10 谢爱华;基于空间矢量调制技术的永磁同步电机直接转矩控制系统的研究[D];浙江工业大学;2009年
【二级参考文献】
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1 程家兴;火车控制问题的最优运行方案的推广[J];安徽大学学报(自然科学版);1999年01期
2 江明,王伟;变频调速技术的发展概况及趋势[J];安徽机电学院学报;2002年04期
3 王群京;高效节能稀土永磁电机[J];安徽科技;1997年03期
4 曹明柱;冯能莲;夏传超;何彩青;吴加伟;;电动汽车的建模与仿真[J];安徽农业大学学报;2006年02期
5 郜春海,唐涛,张建明;高速铁路列车运行控制系统车载设备的软件设计[J];北方交通大学学报;1999年05期
6 李威,车向中,郝荣泰;交直交电力机车矢量控制系统的研究[J];北方交通大学学报;1999年06期
7 王峰,刘海东,丁勇,陈善亮,毛保华;列车节能运行的算法及实施技术研究[J];北方交通大学学报;2002年05期
8 刘海东,陈绍宽,褚琴,王靓,陈善亮;具有固定运行时分的列车运行控制系统研究[J];北方交通大学学报;2002年05期
9 陈绍宽,刘海东,王靓,陈善亮;基于仿真的铁路旅客列车提速潜力分析[J];北方交通大学学报;2002年05期
10 燕飞,唐涛;实时操作系统及其在列车运行控制系统中的应用分析[J];北方交通大学学报;2002年06期
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1 金如麟;谭茀娃;;永磁同步电动机的应用前景[A];'2001第六届中国小电机技术研讨会论文集[C];2001年
2 谭茀娃;金如麟;王建辉;肖杭;;现代永磁同步电动机的磁路结构和参数设计[A];'2001第六届中国小电机技术研讨会论文集[C];2001年
3 牛晨;陈旸;郭鹏义;杨耕;;电动汽车的电效率优化问题[A];中国电工技术学会电力电子学会第八届学术年会论文集[C];2002年
4 董金柱;;快速城市化地区城际空间协调发展规划初探[A];2004城市规划年会论文集(上)[C];2004年
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1 李磊;异步电机无速度传感器直接转矩控制系统的研究与实践[D];南京航空航天大学;2001年
2 张伟;无转速传感器异步电机矢量控制系统控制方法的研究[D];浙江大学;2001年
3 田淳;无位置传感器同步电机直接转矩控制理论研究与实践[D];南京航空航天大学;2002年
4 邱建琪;永磁无刷直流电动机转矩脉动抑制的控制策略研究[D];浙江大学;2002年
5 窦汝振;高性能永磁交流伺服系统及其新型控制策略的研究[D];天津大学;2003年
6 刘瑞芳;基于电磁场数值计算的永磁电机性能分析方法研究[D];东南大学;2002年
7 许家群;电动汽车用永磁同步电动机传动控制系统的研究[D];沈阳工业大学;2003年
8 孙丹;高性能永磁同步电机直接转矩控制[D];浙江大学;2004年
9 陈荣;永磁同步电机伺服系统研究[D];南京航空航天大学;2005年
10 林伟杰;永磁同步电机伺服系统控制策略的研究[D];浙江大学;2005年
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1 吴永前;永磁同步电机无传感器调速系统的研究[D];西北工业大学;2001年
2 智大为;永磁同步电机的转矩直接控制[D];浙江大学;2003年
3 孙业树;基于DSP的永磁同步电机交流伺服控制系统的研究与设计[D];江苏大学;2003年
4 刘仲恕;高效永磁同步电动机的设计与动态效率的研究[D];福州大学;2003年
5 张东;混合动力电动汽车用电机的开发与系统仿真[D];沈阳工业大学;2003年
6 田蕉;永磁同步电机SVM-DTC控制策略研究[D];南京航空航天大学;2004年
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9 陈翔云;快速轨道交通与城镇群发展相互关系研究[D];长安大学;2005年
10 安忠良;超高效永磁同步电动机研究开发[D];沈阳工业大学;2006年
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2 刘金凤;电动汽车驱动系统效率优化控制研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
3 陈小军;高速永磁无刷直流电机磁热耦合分析与效率优化研究[D];广东工业大学;2013年
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5 孙立伟;基于效率优化控制的感应电动机驱动系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
6 李莉;半导体制造中的效率优化研究[D];天津大学;2009年
7 崔恒;基于模糊控制的异步电动机运行效率优化研究[D];西安理工大学;2005年
8 胡子晨;中功率风电变流器的效率优化设计研究[D];东华大学;2014年
9 洪绍云;感应电动机运动优化控制的研究[D];贵州大学;2008年
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