城市軌道車輛電機控制系統(tǒng)仿真

摘 要：三相異步電機作為城市軌道車輛電力驅(qū)動的重要部件，它的性能直接影響到整個車輛的運行品質(zhì)。文章首先深入研究了矢量控制的原理，思路的演變過程，通過坐標變換和控制器的構(gòu)建，坐標變換模塊，轉(zhuǎn)子磁鏈模塊，電流調(diào)節(jié)模塊，利用搭建了一個異步電動機矢量控制系統(tǒng)，通過MATLAB的simulink軟件仿真了矢量控制的動態(tài)性能。通過仿真研究，從而深入的了解交流異步電機模型及在矢量控制下的各種靜態(tài)及動態(tài)性能。

關(guān)鍵詞：異步電動機；矢量控制；仿真

引言

由于車輛是城市軌道交通最重要，也是最關(guān)鍵的設(shè)備，其中電力傳動系統(tǒng)則是車輛動力系統(tǒng)的重要部件，它涉及電力電子，電機，計算機控制等多個領(lǐng)域，電力傳動系統(tǒng)的先進技術(shù)水平也體現(xiàn)了車輛設(shè)備的高新技術(shù)含量。在近代的軌道交通發(fā)展中，交流傳動車輛逐步取代直流傳動車輛是當前國內(nèi)外軌道車輛的發(fā)展方向。它的性能直接影響到整個車輛的運行品質(zhì)，所以必須對城市軌道車輛交流異步電機及其調(diào)速系統(tǒng)進行深入地分析。

矢量控制技術(shù)已成為高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)的首選方案，通過國內(nèi)外對交流異步電機的矢量控制技術(shù)的長時間研究和探索，我們可以對交流異步電機的構(gòu)造及其控制方法有了全面而系統(tǒng)的了解，矢量控制理論完全能夠滿足國民經(jīng)濟發(fā)展對交流調(diào)速系統(tǒng)提出的寬調(diào)速范圍，快速響應(yīng)性能，高精度和穩(wěn)定性的要求，本文進而通過分析與仿真的方法來改進其控制方法與電力牽引系統(tǒng)，最終達到了提升軌道交通車輛運行品質(zhì)，使其更快速，更安全，更舒適，讓乘客滿意的目標。

1 異步電動機矢量控制

1.1 異步電機矢量控制基本原理

2 三相異步電機矢量控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1 三相異步電機矢量控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方式

矢量控制的方式主要有兩種：有速度傳感器和無速度傳感器的矢量控制。本文中采用的是帶速度傳感器的矢量控制方式。基于轉(zhuǎn)子磁鏈定向的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)采用的是帶速度傳感器的基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制理論，控制結(jié)構(gòu)上采用速度和電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器進行轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測，通過檢測定子電流，并經(jīng)過三相坐標系到轉(zhuǎn)子磁場定向的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系的變換，得到在d-q坐標系上電機定子電流的轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量，定子電流的轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量通過各自的控制器輸出，并通過兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系變換到兩相靜止坐標系，再利用電壓空間矢量法（svPWM）來控制脈寬并驅(qū)動逆變器進行工作。

2.2 PI控制器設(shè)計

矢量控制系統(tǒng)中反饋環(huán)節(jié)采用了PI控制器，Pl控制器包括比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)兩個部分。比例環(huán)節(jié)的引入是為了及時成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號，以最快速度產(chǎn)生控制作用，使偏差向減小的方向變化。比例系數(shù)凡，變大，穩(wěn)態(tài)誤差減?。煌瑫r動態(tài)性能變差，振蕩比較嚴重，超調(diào)量增大。積分作用的引入主要是為了保證實際輸出值在穩(wěn)態(tài)時對設(shè)定值之間的無靜差跟蹤。

4 結(jié)束語

本論文詳細介紹了矢量控制的原理及相關(guān)知識；然后，本文采用控制器構(gòu)建了一個異步電動機矢量控制系統(tǒng)，通過以上做的大量仿真結(jié)果表明帶轉(zhuǎn)矩閉環(huán)的感應(yīng)電動機矢量控制系統(tǒng)的輸出定子電流is_abc（A）、轉(zhuǎn)矩Te（N.m）和轉(zhuǎn)速（rad/s）的變化基本能跟隨給定的轉(zhuǎn)速？棕*（rad/s）和負載轉(zhuǎn)矩TL（N.m）的變化而變化，但也從中看出存在著不同程度的擾動影響。實驗證明矢量控制是有效提高異步電動機運行的有效手段之一。

參考文獻

[1]劉友梅.交流傳動電力牽引發(fā)展的基礎(chǔ)性技術(shù)[J].機車電傳動200

1，5（1）：3-5.

[2]李華德.交流調(diào)速控制系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[3]胡學芝.交流異步電機控制系統(tǒng)仿真與實驗研究[J].機床電器，2008，35（4）：40-44.

[4]張健.三相異步電機的DSP矢量控制系統(tǒng)[J].儀器儀表學報，2005，26（8）：30-36.

[5]杜坤梅，李鐵才.電機控制技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2002.

[6]薛定宇，陳陽泉.基于MATLAB/Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：清華大學出版社，2002.

[7]程偉，馬樹元.交流異步電機的建模與仿真[J].計算機仿真，2004，2

2（3）：69-72.

作者簡介：董力群，南車集團青島四方機車車輛有限公司技術(shù)工程部，高級工程師，研究方向：高速動車組電氣工藝。