矿用机车双电机牵引同步控制研究

【摘要】：矿用电机车是承担着工矿企业中井下运输和地面远距离运输作业的重要工具,其中以双感应电机结构的矿用机车居多。伴随着大规模集成电路、计算机控制技术等相关学科的不断成熟,感应电机的调速控制方法得到了迅猛发展。在矿用电机牵引控制系统中,系统的动态和静态性能的好坏与控制系统的调速能力直接相关。近年来,电机控制领域的研究重点逐渐由传统控制方法转向了先进的智能控制方法。为了使矿用电机车能够在复杂恶劣环境中稳定高效运行,首先采用模型预测控制设计单电机调速系统,并针对感应电机在弱磁区域运行时的特点对调速系统进行改进,以达到在允许的条件下获得更高转速的目的;其次对于矿用机车双电机系统采用交叉耦合同步控制策略提高其两台电机的同步性能。论文围绕模型预测控制、弱磁控制、双电机同步控制在矿用电机车调速系统中的应用展开研究。主要内容包括:(1)首先,对模型预测控制理论进行介绍,分析其原理。其次,对感应电机的弱磁运行状态划分进行介绍分析,并对弱磁限制条件进行详细阐述。(2)针对矿用牵引电机车的运行条件,设计感应电机模型预测控制系统,然后考虑矿用牵引电机高速运行的调速问题,结合弱磁控制理论对模型预测控制系统进行改进,使模型预测控制系统具有弱磁调速的能力,并在Matlab/Simulink软件上搭建相应的仿真,将仿真结果与传统弱磁调速系统进行对比分析。(3)分析现有同步控制策略的优缺点,以矿用机车双电机结构为基础,采用交叉耦合同步控制策略,结合模型预测控制及弱磁控制,设计出基于模型预测的交叉耦合同步控制策略,并在Matlab/Simulink软件上搭建相应的仿真系统。(4)针对传统交叉耦合控制系统中的控制器容易产生积分饱和等缺点,采用分数阶PI控制器及预测控制器对交叉耦合同步控制系统进行改进,并将仿真结果与传统交叉耦合控制策略进行分析比较。