[发明专利]永磁同步牵引传动系统控制系统及方法

说明书

本发明提出一种永磁同步牵引传动系统控制方法。控制系统包括采样单元和控制器；采样单元采集永磁同步电机运行励磁电流和运行转矩电流、支撑电容电压及转子频率的旋转变压器；控制器获取对牵引传动系统下达的目标转矩指令，计算目标励磁电流值和目标转矩电流值，生成励磁电流调节值和转矩电流调节值；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，并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，最终输出对永磁同步电机的PWM调制波控制信号。本发明提供的控制方法，采用新型SVPWM脉冲控制方法，来进一步降低开关频率，提高系统效率，并实现在较低开关频率系统中的稳定运行。

技术领域

本发明涉及牵引传动控制领域，尤其涉及一种适用于永磁同步牵引传动系统的控制系统和控制方法。

背景技术

牵引传动系统是列车的动力系统，由变流器和电机两大部分组成，电机完成电能到机械能的转变，带动列车行驶。

永磁同步牵引传动系统采用的为永磁同步电机，永磁同步电机较异步电机相比，具有功率因数高、发热小、噪声小、可靠性高等特点。城轨永磁同步电机在轨道交通牵引传动系统中的应用尚处于起步阶段。永磁牵引传动系统的控制中存在大量技术问题需要进一步研究。在牵引电机与牵引变流器控制方面，虽与异步牵引传动系统控制有相通之处，但也存在许多永磁电机特有的实际问题。

目前现有的城轨永磁同步电机控制算法，其多采用异步SVPWM运行，其在高转速情况下，为满足输出电流谐波要求，其IGBT开关频率大大增加，输出损耗提高，同时为满足散热要求造成硬件成本增加。

由于永磁牵引电机是永磁体励磁，弱磁范围较窄，弱磁难度较大。较好的弱磁控制技术可在逆变器容量不变的情况下大幅提高系统性能。目前众多弱磁方案，其算法复杂，同时弱磁效率低，效果差。

发明内容

本发明针对现有技术中，永磁同步电机控制存在的算法复杂、控制精度低等问题，提出一种新型的永磁同步牵引传动系统的控制系统和方法，采用该系统和方法，在满足输出电流要求的前提下，可降低变流器的开关损耗，提高弱磁的控制精度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种永磁同步牵引传动系统控制系统，包括：

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，所述永磁同步牵引传动系统包括牵引变流器及永磁同步电机，牵引变流器的输出端经三相可控接触器与永磁同步电机连接，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；

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。

优选的是，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。