多感应电动机并联驱动控制系统的研究

论文摘要

城市轨道交通正处于快速发展时期,轨道交通牵引系统正向着轻质量、小体积、低成本和高可靠性方向发展。在轨道交通牵引传动系统中,通常采用单台逆变器驱动两台或四台交流牵引电动机,这时以往的单台感应电动机的控制策略就不能满足要求,就有必要研究多台感应电动机并联驱动的控制策略和控制系统。本文从三相感应电动机的动态数学模型出发,阐述了单台感应电动机的矢量控制原理,给出了按转子磁链定向的矢量控制系统模型。然后针对两台感应电动机参数和负载不一致的情形,在原有单台感应电动机直接磁场定向矢量控制模型的基础上,结合平均的思想,设计了一个双感应电动机并联驱动矢量控制系统,并针对空载和带载不平衡的情况进行了仿真分析。仿真结果表明:系统能够获得良好的稳态性能和动态性能。接着深入研究四台感应电动机并联驱动矢量控制原理,给出了四台感应电动机并联驱动的磁链模型和转矩模型的推导过程,设计了四台感应电动机并联驱动矢量控制系统。由于PI控制在交流调速系统中的局限性,为了使系统获得更好的性能,将模糊PID控制器应用于该系统的转速控制器,并对采用常规PI控制器和采用模糊PID控制器的系统进行了仿真。仿真结果表明,无论在启动或运行时负荷均衡与否,相比之下,基于模糊自适应PID控制器的系统更能平稳运行,且具有较好的动、静态性能,最后本文推导了多台感应电动机并联驱动的动态模型。本文方案的研究对轨道交通意义较大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.2 交流变频调速相关技术的发展驱势
• 1.2.1 交流变频调速相关技术的发展
• 1.2.2 交流变频调速技术的发展驱势
• 1.3 多感应电动机传动系统的主要控制策略
• 1.3.1 感应电动机传动系统的主要控制策略
• 1.3.2 多感应电动机传动系统的主要控制策略
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 感应电动机矢量控制系统
• 2.1 感应电动机在三相静止坐标系上的数学模型
• 2.2 坐标变换
• 2.3 感应电动机在两相坐标系上的动态数学模型
• 2.3.1 感应电动机在任意两相旋转坐标系上的数学模型
• 2.3.2 感应电动机在两相静止坐标系上的数学模型
• 2.4 按转子磁链定向的矢量控制系统
• 2.4.1 矢量控制的基本原理
• 2.4.2 按转子磁链定向同步旋转坐标系中的状态方程
• 2.4.3 按转子磁链定向的矢量控制系统
• 2.4.4 磁链开环转差型矢量控制系统——间接定向
• 2.5 本章小节
• 第三章 双感应电动机并联驱动矢量控制系统的研究
• 3.1 引言
• 3.2 双感应电动机并联动态数学模型
• 3.2.1 单台感应电动机的矢量模型
• 3.2.2 双感应电动机并联的电流模型
• 3.2.3 双感应电动机并联的转子磁链模型
• 3.2.4 双感应电动机并联的电磁转矩模型
• 3.3 按转子磁链定向的双感应电动机并联驱动矢量控制系统
• 3.3.1 按平均转子磁链定向的矢量控制策略
• 3.3.2 双感应电动机并联驱动矢量控制系统
• 3.4 双感应电动机并联驱动矢量控制系统建模与仿真
• 3.4.1 系统内部模块的构建
• 3.4.2 系统仿真研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 四台感应电动机并联驱动矢量控制系统的研究
• 4.1 四台感应电动机并联的动态模型
• 4.1.1 四台感应电动机并联驱动的电流模型
• 4.1.2 四台感应电动机并联的动态数学模型
• 4.2 多台感应电动机并联的动态模型
• 4.2.1 多台感应电动机并联驱动的电流模型
• 4.2.2 多台感应电动机并联的动态数学模型
• 4.3 按转子磁链定向的四台感应电动机并联驱动矢量控制系统
• 4.3.1 平均定子电流参考值的计算
• 4.3.2 四台感应电动机并联驱动矢量控制系统
• 4.3.3 模糊PID 控制器
• 4.3.4 四台感应电动机并联驱动矢量控制系统的仿真研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表和录用的论文