基于CAN总线的轨道车辆交流牵引模拟实验系统的研究

论文摘要

在交流电机的发展过程中,对电机调速的控制策略经历了几个过程:变压变频控制、矢量控制、直接转矩控制。变压变频控制基本上解决了异步电机平滑调速的问题,然而并不能适应生产机械对调速系统的静态性能提出的更高要求。矢量控制虽然能够获得较快的阶跃响应,但其本身运算量大且复杂。直接转矩控制结构清晰,而且动态性能很好,在随后的一段时间内得到了广泛的应用。然而在电机低速运转时,即在转矩偏差较小的情况下,由于非零电压矢量的作用,使得电动机产生转矩脉动。在随后的研究中,许多学者对直接转矩控制进行了不同程度的改进。例如将转矩磁链两点式调节器改为三点式或五阶式比较器,或改变非零电压矢量在一个控制周期内占空比的方法,这些方法都是通过对逆变器开关表的细化来减小脉动情况,虽取得了一定的效果,但并没有完全解决脉动问题。后来又有学者利用PI调节取代原有的迟滞控制,同时利用模糊控制,使系统在不同负载的运行状态下,得到力矩无偏输出时所需的电压空间矢量。该方法输出的电压矢量大小和方向都是任意的,相对传统直接转矩控制而言能更好地跟踪转矩以及磁链的变化。但PI控制器对于静态性能与动态性能之间的矛盾,跟踪设定值与抑制扰动之间的矛盾,鲁棒性能与控制性能之间的矛盾都还没能很好地解决。本文采用MMB集成开发环境对直接转矩控制的脉动问题进行改进。MMB集成开发环境提出“暂态-稳态-超调”TSO（Transient Stability Overshoot,简称TSO）控制器,使一个控制器三参数的整定过程变成了单参数、多步骤的整定过程,从而得到连续变化的电压空间矢量,有效地解决了传统直接转矩控制中转矩脉动问题。最终将该方法作为异步电机直接转矩控制系统的控制策略,在对电机的模拟运行及性能的检测过程中得到了很好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 交流电机简介
• 1.2 电机变频调速技术的发展
• 1.2.1 变压变频控制
• 1.2.2 矢量控制
• 1.2.3 直接转矩控制
• 1.3 课题意义及主要内容
• 1.3.1 课题的背景及意义
• 1.3.2 课题的主要内容
• 本章小结
• 第二章 交流牵引模拟实验系统总体设计
• 2.1 交流牵引模拟实验系统结构
• 2.2 电机变频控制策略的选择
• 2.3 软件总体结构
• 本章小结
• 第三章 交流牵引模拟实验系统硬件设计
• 3.1 TMS320F2812 概述
• 3.1.1 TMS320F2812 特点及资源
• 3.1.2 TMS320F2812 实现的功能
• 3.2 电源逆变电路
• 3.3 信号检测电路
• 3.3.1 IN338 型智能转矩转速测量仪
• 3.3.2 莱姆传感器
• 3.4 信号抗干扰设计
• 3.4.1 干扰信号的产生
• 3.4.2 解决干扰的方法
• 本章小结
• 第四章 交流牵引系统控制策略的研究
• 4.1 电机数学模型
• 4.2 PWM 逆变器
• 4.3 直接转矩控制
• 4.3.1 磁链滞环调节器
• 4.3.2 转矩滞环调节器
• 4.3.3 磁链位置检测
• 4.4 直接转矩控制的改进
• 4.4.1 基于MMB 的直接转矩控制
• 4.4.2 磁链、转矩估计器
• 4.4.3 电压Vs 生成器
• 本章小结
• 第五章 交流牵引模拟实验系统软件实现
• 5.1 微型消息总线（MICRO MESSAGE BUS）
• 5.1.1 装配语言
• 5.1.2 装配格式
• 5.1.3 数据项
• 5.1.4 参数特征
• 5.1.5 装配序列结构
• 5.1.6 MMB 编程步骤
• 5.1.7 MMB 编程特点
• 5.1.8 MMB 实现技术
• 5.2 MMB 集成开发环境
• 5.2.1 概述
• 5.2.2 MMBIDE 安装
• 5.3 电机控制构件及装配格式
• 5.3.1 共性问题
• 5.3.2 Clarke 变换
• 5.3.3 Park 变换
• 5.3.4 Park 反变换
• 5.3.5 SVPWM 发生器
• 5.3.6 磁链估计
• 5.3.7 转矩转速估计
• 5.3.8 定子压降补偿
• 5.3.9 控制矢量生成
• 5.3.10 相电压重构
• 5.4 实时监控界面FIX
• 5.4.1 FIX 组态软件简介
• 5.4.2 FIX 软件系统特点
• 5.4.3 FIX 软件系统的应用
• 5.5 数据通信
• 5.5.1 CAN 总线
• 5.5.2 OPC 服务器
• 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 附录 基于 MMB 的直接转矩控制系统组态
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢