[发明专利]永磁同步牵引传动系统控制系统及方法

权利要求书

1.一种永磁同步牵引传动系统控制系统，用于永磁同步牵引传动系统的控制，其特征在于，所述控制系统包括采样单元和控制器；

所述采样单元与永磁同步电机连接，包括用于采集永磁同步电机运行励磁电流和运行转矩电流的电流传感器、用于采集永磁同步电机支撑电容电压的电压传感器、用于采集永磁同步电机转子初始位置及转子频率的旋转变压器；

所述控制器包括：

指令获取单元：用于获取对牵引传动系统下达的目标转矩指令；

MTPA计算单元：用于根据目标转矩指令，计算目标励磁电流值和目标转矩电流值；

调节单元：包括励磁调节单元和转矩调节单元，所述励磁调节单元用于根据目标励磁电流值和运行励磁电流值生成励磁电流调节值；所述转矩调节单元用于根据目标转矩电流值和运行转矩电流值生成转矩电流调节值；

解耦控制单元：用于根据调节单元输出的励磁电流调节值和转矩电流调节值生成目标调制比与调制频率；

生成目标调制比M的方法为：

其中，Fc为支撑电容电压，PID.I_dout为励磁电流调节输出值；U_d为d轴控制电压分量，U_q为q轴控制电压分量；

生成调制频率Fs_out的方法为：

Fs_out＝(1+PID.I_qout)*Fs

其中，PID.I_qout为转矩电流调节输出值，Fs为转子频率；

分段同步调制单元：根据解耦控制单元生成的目标调制比和调制频率，输出对永磁同步电机的PWM调制波控制信号；

分段同步调制单元接收M、Fs_out信息，通过判断电压矢量所在扇区来产生三相(u,v,w)脉冲。

2.如权利要求1所述的永磁同步牵引传动系统控制系统，其特征在于：所述控制器进一步包括弱磁补偿单元：用于生成目标励磁电流值和目标转矩电流值的补偿信号以对二者进行补偿。

3.如权利要求1或2所述的永磁同步牵引传动系统控制系统，其特征在于：所述控制器进一步包括电流精确计算单元：用于将目标励磁电流值和目标转矩电流值换算为精确励磁电流值和精确转矩电流值；所述励磁调节单元根据精确励磁电流值调节生成励磁电流调节值；所述转矩调节单元根据精确转矩电流值调节生成转矩电流调节值。

4.如权利要求3所述的永磁同步牵引传动系统控制系统，其特征在于：所述控制器进一步包括电压前馈单元：获取电流精确计算单元的输出数据，并生成目标转矩补偿数据。

5.一种永磁同步牵引传动系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

将牵引传动系统的目标转矩指令转化为目标励磁电流值和目标转矩电流值；

将目标励磁电流值和目标转矩电流值进行调节计算；

将目标励磁电流值和目标转矩电流值进行解耦，根据目标励磁电流值生成目标调制比，根据目标转矩电流值生成调制频率；

将目标调制比和调制频率用于永磁同步牵引电机的控制；

将牵引传动系统的目标转矩指令转化为永磁同步电机的目标励磁电流值和目标转矩电流值的方法为：

根据：

将以上两式联立，求解目标励磁电流值和目标转矩电流值；

其中T_e为目标转矩，L_q为q轴等效电感，L_d为d轴等效电感，i_q为目标转矩电流值，i_d为目标励磁电流值，i_s为目标相电流，ψ_f为电机磁链，P_n为电机极对数，φ为电机电压电流角度差。

6.如权利要求5所述的永磁同步牵引传动系统控制方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：根据目标调制比折算支撑电容电压，与采样获得的支撑电容电压进行比较后，调节生成转矩电流补偿量i_{q_crr}和励磁电流补偿量i_{d_crr}，分别与目标励磁电流值和目标转矩电流值合成后，用于后续计算。