高速磁浮交通多分区牵引控制关键技术研究

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本文的研究工作主要围绕高速磁悬浮用长定子直线电机的高性能牵引控制,主要涉及多分区控制、单端供电和双端供电方式下的牵引控制策略、以及无速度传感器算法等几个方面。  首先,针对高速磁浮交通多分区多CPU的控制系统特性,分析了时钟同步的重要性,在此基础上建立了CPU之间数据传输的时钟模型,并且提出了一种适用于高速磁浮交通的硬件同步方法。将提出的硬件同步方法用于磁浮交通牵引控制系统中,可以实现整个系统的稳定运行。并重点分析了数据传输延时对于控制系统的影响,提出了对应的补偿策略。另外,在实现同步的基础上,提出了高速磁浮交通多分区控制策略,并在上海高速磁浮1.5公里实验线上验证了提出的分区切换控制策略的正确性。  在建立了高速磁浮交通长定子直线电机数学模型的基础上,提出适用于该电机的矢量控制策略。建立了在单端供电方式下的数学模型,分别提出了在直接输出模式和变压器输出模式下的电流控制策略,通过仿真和实验验证了控制策略的正确性,在此基础上提出了一种从直接模式到变压器模式的切换控制策略,通过本章提出的切换控制策略能够实现直接模式到变压器模式的平滑切换。  在双端供电方式下,建立了相对应的数学模型,提出了一种高性能的控制方案,仿真和实验结果证明了该控制方案的正确性,并重点分析了该供电方式下,由于两端馈电电缆长度不同对环流的影响,并在此基础上制定了相应的环流抑制策略。最后在上海磁浮28公里半实物仿真平台上,实现了双端供电最高时速500公里的全速度牵引控制。  最后,重点研究适用于高速磁浮交通的无速度传感器算法,通过分析对比了三种无速度传感器算法的实现过程,分别是扩展反电动势法、模型参考自适应法和扩展卡尔曼滤波算法,确定了扩展反电动势法和模型参考自适应法有可能用于高速磁浮交通。重点针对这两种方法,通过分析算法对于电机参数的鲁棒性,结合实际磁浮运行过程中参数的变化情况,最终确定了具有较好鲁棒性的基于锁相环扩展反电动势估计法最适用于高速磁浮交通。最后在一台恒定励磁的同步电机上,利用扩展反电动势法实现了无速度传感器的闭环实验,并通过实验验证了该方法动稳态性能良好,且对电机电枢绕组电阻电感参数具有较好的鲁棒性。
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