感应电动机运动优化控制的研究

论文摘要

感应电动机以其独特单边励磁和坚固的转子为特征,所以不仅功率可以做到很大,而且结构很结实,深受人们的欢迎。本论文从新的角度阐述感应电动机运动和感应电动机控制及其优化,其中有些结论是具有广泛性的,可以应用到其他电动机上。感应电动机运动是以磁感应密度的空间分布为前提,本文使用描述空间量的空间矢量来统一感应电动机运动及其控制,并进行了详细的推导和论证。计算了在确定路程下,简单负载情况和电动机输出不受限的时间最优控制,得出加速和减速匹配在时间优化中重要作用;推导了基于铁耗的感应电动机空间矢量方程,并演算感应电动机在确定输出转速和转矩情况下,最优损耗的磁链方程;并依此改造了标量转差频率控制系统和直接转矩控制系统。受感应电动机磁材料饱和问题的启发,提出了感应电动机极限问题,优化设计可以从感应电动机自由度和约束列写方程求出;从感应电动机运动在不控制情况下和控制下运动区别,提出感应电动机自适应集,感应电动机运动优化控制实质就是从感应电动机自适应集中寻找需要的运动。感应电动机在现代高速动车电气传动中应用广泛,我国正在进行的引进动车计划也都是使用感应电动机;列车的时间和效率优化跟阻力有直接关系,在技术上不能减少阻力情况下,要设置合理的速度使效率优化,要从根本上减少损耗,必须从感应电动机运行损耗和阻力减少入手;同一机车带不同车辆是实际中需要的运行方式,文中定量分析了不同车辆组合对机车的影响,为设计此类机车提供一定帮助。最后使用MATLAB仿真运行点效率优化直接转矩控制系统,证明效率优化引入对稳定性不造成影响;对感应电动机运动控制一股性硬件简单示例说明,并提出其发展趋势。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 感应电动机运动控制发展的动力和现状
• 1.2 本论文的工作
• 第二章 感应电动机运动关系及其时间优化分析
• 2.1 感应电动机稳态运动及其标量控制分析
• 2.1.1 感应电动机稳态运动分析
• 2.1.2 感应电动机标量控制分析
• 2.2 感应电动机稳态运动设计和电动机时间优化分析
• 2.2.1 感应电动机控制一般构成
• 2.2.2 感应电动机转矩和转速控制的意义
• 2.2.3 感应电动机标量转差频率调节控制系统的改造分析
• 2.2.4 电动机时间最优运动定量分析
• 2.3 感应电动机动态运动分析
• 2.3.1 感应电动机三相动态数学模型
• 2.3.2 感应电动机空间矢量数学模型
• 2.3.3 感应电动机空间矢量变换的数学模型
• 2.3.4 电机动态数学模型小结
• 2.3.5 感应电动机稳态矢量分析
• 第三章 感应电动机动态控制优化及其电力机车分析
• 3.1 磁场定向矢量控制和直接转矩控制的分析
• 3.1.1 磁场定向原理和技术分析
• 3.1.2 转子磁链定向矢量控制系统定性分析
• 3.1.3 定子电压空间矢量对转矩和磁链的影响分析
• 3.1.4 直接转矩控制系统的分析
• 3.1.5 空间矢量运动控制的总结
• 3.2 感应电动机效率优化和运动控制分析
• 3.2.1 基于铁耗的感应电动机数学模型的建立
• 3.2.2 感应电动机运动效率优化的分析
• 3.2.3 电动机广义运动效率优化概念和时间效率优化数学方程
• 3.2.4 感应电动机效率优化系统的设计分析
• 3.2.5 感应电动机运动极限问题分析
• 3.2.6 感应电动机运动自适应集与控制的分析
• 3.2.7 线性负载对简化的转子磁链定向控制影响评估
• 3.2.8 本节小结
• 3.3 与感应电动机相关的电力机车分析
• 3.3.1 我国最新电力机车研究开发计划
• 3.3.2 CRH系列电气传动系统参数及其分析
• 3.3.3 基于负载的铁路机车运行消耗分析
• 3.3.4 基于感应电动机的同一机车带不同数目车辆的分析
• 第四章 感应电动机运动控制仿真及其硬件设计分析
• 4.1 感应电动机运动控制的仿真
• 4.1.1 感应电动机仿真模型
• 4.1.2 直接转矩控制器仿真模型
• 4.1.3 效率优化仿真模型
• 4.1.4 仿真结果及分析
• 4.2 感应电动机一般性硬件设计分析
• 4.2.1 感应电动机驱动电路
• 4.2.2 感应电动机运动控制电路及其外围
• 4.2.3 感应电动机运动控制硬件设计趋势
• 第五章 总结与讨论
• 致谢
• 参考文献
• 附录