[发明专利]轨道交通用感应电机的磁链优化控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种轨道交通用感应电机的磁链优化控制方法及系统，方法实施步骤包括用实际励磁电流计算参考磁链幅值、经反派克变换后得到参考磁链矢量、经低通后得到磁链补偿部分；采用反电动势的一阶低通计算得到磁链主要部分，将磁链主要部分和磁链补偿部分叠加得到观测磁链矢量、进行补偿得到观测磁链矢量补偿值并与原观测磁链矢量叠加作为改进后的观测磁链矢量，计算同步转速以及转子磁链角。本发明能够提高轨道交通用感应电机低速发电状态稳定性，保证电力机车处于低速发电状态时，消除原有的不稳定现象，能够让电力机车可靠、平稳的运行，在节省相当可观能量的同时大幅度提高列车乘客的舒适度。

技术领域

本发明涉及轨道交通用感应电机控制技术，具体涉及一种轨道交通用感应电机的磁链优化控制方法及系统，用于提高轨道交通用感应电机低速发电状态稳定性，保证电力机车处于低速发电状态时，消除原有的不稳定现象，能够让电力机车可靠、平稳的运行，在节省相当可观能量的同时大幅度提高列车乘客的舒适度。

背景技术

基于无速度传感的感应电机磁场定向控制已在轨道交通领域获得大量应用，在实际牵引系统中，为提高系统的输出效率，通常会要求降低器件的开关频率，这样会导致在列车在低速运行时被控性能有所下降。由于轨道交通用感应电机功率较大，如若在需要制动时采用电磁制动方式，即可通过能量回馈获得相当可观的节能效果，同时大幅度提高列车乘客的舒适度。在基于观测器的控制系统中，由于真实转子磁链无法直接获取而需建立模型进行观测，导致在低速发电状态存在理论上的不稳定问题，且在接近零速的低速范围内，定子的电压电流中几乎不包含转子转速信号，再考虑电流电压采样误差、PWM脉冲宽度的误差、开关器件的压降等影响，低速下无速度传感器控制具有理论和实践上的双重限制。

理论上，现有的应对上述不稳定问题的方案主要集中在感应电机自适应全阶观测器控制，然而这种方法对参数鲁棒性较差，实际中轨道交通牵引系统工作环境复杂多变，对参数影响较大，这种方法应用局限性较大，基于此种情况，提出采用传统的无速度传感器控制方法，即利用观测到的转子磁链进行微分运算得到同步转速，对同步转速积分得到矢量控制所需的转子磁链角，用同步转速减去滑差转速即可得到转子转速，用于转速闭环。系统控制框图如图1所示。参见图1，磁链观测的实质就是对电压的纯积分，然而实际中积分初始相位非零和零漂温漂等对纯积分的影响会导致积分发散，故采用一阶惯性纯积分来代替纯积分，即：

上式中，ψrH为磁链观测量，即转子磁链的主要部分，er为反电动势，s为复变量，w为截止频率。这样必然导致相位与幅值的误差，此时用实际励磁电流计算出一个参考磁链幅值ψr_dq，即：

上式中，ψr_dq为参考磁链幅值，isd为实际励磁电流，Lm为电机互感，s为复变量，Tr为电机转子时间常数。