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直线感应电动机结构简单、坚固耐用,能够直接产生直线机械运动,不需要中间传动转换装置,因此在工业生产、交通运输等部门得到广泛应用。直线感应电动机用于轨道交通具有非黏着牵引、噪音低、初期投资较小、经济适用性好等优点,是一种具有良好前景的交通方式。本文以用于管轨运输系统列车牵引的单边直线感应电机为研究对象,从理论分析、计算机仿真和实验验证三个方面对直线感应电机牵引控制技术进行了深入的研究。
首先以解析法为基础对直线感应电机边端效应、力特性等问题进行了定量分析。利用简化的气隙电磁场方程,分析了两种边端效应与电机运行速度、转差频率和机械气隙间的关系,将其对电机特性的影响等效为电机励磁电感和次级电阻的变化,在此基础上建立电机的数学模型。
然后研究了适合管轨运输系统电力牵引的直线感应电机牵引控制策略。在管轨运输系统中,小车的牵引控制同时需要速度和位置闭环控制。由于传统的PI控制器容易引起速度超调和震荡,因此采用了前馈控制和PI调节器相结合的控制策略,使PI控制器在前馈值附近做微调。该策略极大的减小了震荡的时间,提高了系统的动态响应性能。同时,在传统转差频率控制策略的基础上,使用前面得到的等效电路来计算初级电压,充分考虑了直线感应电机由于边端效应导致的磁链变化的影响。而对于位置闭环,不能采用传统的位置闭环策略靠电制动停车,只能在低速下由机械制动停车。本文提出的控制策略可以很好的完成直线感应电机的控制,计算机仿真结果证明该策略是有效的。
最后,在内蒙古管轨运输系统试验线上进行了实验测试及验证。为了获得良好的控制性能,测试和采集了前馈控制策略需要的系统摩擦阻力特性和机械制动特性等相关数据,并对数据进行了处理和分析。利用实验数据设计了前馈控制算法,实验结果表明该算法应用于管轨运输系统时是非常有效的。