[發(fā)明專利]永磁同步牽引傳動系統(tǒng)控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810537327.0
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108736787B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 畢京斌;曹虎;曾凡飛;夏猛
• 申請（專利權(quán)）人: 中車青島四方車輛研究所有限公司
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/00;H02P25/026;H02P27/06
• 代理公司: 青島清泰聯(lián)信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37256
• 代理人: 張媛媛

1.一種永磁同步牽引傳動系統(tǒng)控制系統(tǒng)，用于永磁同步牽引傳動系統(tǒng)的控制，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括采樣單元和控制器；

所述采樣單元與永磁同步電機連接，包括用于采集永磁同步電機運行勵磁電流和運行轉(zhuǎn)矩電流的電流傳感器、用于采集永磁同步電機支撐電容電壓的電壓傳感器、用于采集永磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置及轉(zhuǎn)子頻率的旋轉(zhuǎn)變壓器；

所述控制器包括：

指令獲取單元：用于獲取對牽引傳動系統(tǒng)下達的目標轉(zhuǎn)矩指令；

MTPA計算單元：用于根據(jù)目標轉(zhuǎn)矩指令，計算目標勵磁電流值和目標轉(zhuǎn)矩電流值；

調(diào)節(jié)單元：包括勵磁調(diào)節(jié)單元和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)單元，所述勵磁調(diào)節(jié)單元用于根據(jù)目標勵磁電流值和運行勵磁電流值生成勵磁電流調(diào)節(jié)值；所述轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)單元用于根據(jù)目標轉(zhuǎn)矩電流值和運行轉(zhuǎn)矩電流值生成轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)值；

解耦控制單元：用于根據(jù)調(diào)節(jié)單元輸出的勵磁電流調(diào)節(jié)值和轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)值生成目標調(diào)制比與調(diào)制頻率；

生成目標調(diào)制比M的方法為：

其中，F(xiàn)c為支撐電容電壓，PID.I_dout為勵磁電流調(diào)節(jié)輸出值；U_d為d軸控制電壓分量，U_q為q軸控制電壓分量；

生成調(diào)制頻率Fs_out的方法為：

Fs_out＝(1+PID.I_qout)*Fs

其中，PID.I_qout為轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)輸出值，F(xiàn)s為轉(zhuǎn)子頻率；

分段同步調(diào)制單元：根據(jù)解耦控制單元生成的目標調(diào)制比和調(diào)制頻率，輸出對永磁同步電機的PWM調(diào)制波控制信號；

分段同步調(diào)制單元接收M、Fs_out信息，通過判斷電壓矢量所在扇區(qū)來產(chǎn)生三相(u,v,w)脈沖。

2.如權(quán)利要求1所述的永磁同步牽引傳動系統(tǒng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述控制器進一步包括弱磁補償單元：用于生成目標勵磁電流值和目標轉(zhuǎn)矩電流值的補償信號以對二者進行補償。

3.如權(quán)利要求1或2所述的永磁同步牽引傳動系統(tǒng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述控制器進一步包括電流精確計算單元：用于將目標勵磁電流值和目標轉(zhuǎn)矩電流值換算為精確勵磁電流值和精確轉(zhuǎn)矩電流值；所述勵磁調(diào)節(jié)單元根據(jù)精確勵磁電流值調(diào)節(jié)生成勵磁電流調(diào)節(jié)值；所述轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)單元根據(jù)精確轉(zhuǎn)矩電流值調(diào)節(jié)生成轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)值。

4.如權(quán)利要求3所述的永磁同步牽引傳動系統(tǒng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述控制器進一步包括電壓前饋單元：獲取電流精確計算單元的輸出數(shù)據(jù)，并生成目標轉(zhuǎn)矩補償數(shù)據(jù)。

5.一種永磁同步牽引傳動系統(tǒng)控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

將牽引傳動系統(tǒng)的目標轉(zhuǎn)矩指令轉(zhuǎn)化為目標勵磁電流值和目標轉(zhuǎn)矩電流值；

將目標勵磁電流值和目標轉(zhuǎn)矩電流值進行調(diào)節(jié)計算；

將目標勵磁電流值和目標轉(zhuǎn)矩電流值進行解耦，根據(jù)目標勵磁電流值生成目標調(diào)制比，根據(jù)目標轉(zhuǎn)矩電流值生成調(diào)制頻率；

將目標調(diào)制比和調(diào)制頻率用于永磁同步牽引電機的控制；

將牽引傳動系統(tǒng)的目標轉(zhuǎn)矩指令轉(zhuǎn)化為永磁同步電機的目標勵磁電流值和目標轉(zhuǎn)矩電流值的方法為：

根據(jù)：

將以上兩式聯(lián)立，求解目標勵磁電流值和目標轉(zhuǎn)矩電流值；

其中T_e為目標轉(zhuǎn)矩，L_q為q軸等效電感，L_d為d軸等效電感，i_q為目標轉(zhuǎn)矩電流值，i_d為目標勵磁電流值，i_s為目標相電流，ψ_f為電機磁鏈，P_n為電機極對數(shù)，φ為電機電壓電流角度差。

6.如權(quán)利要求5所述的永磁同步牽引傳動系統(tǒng)控制方法，其特征在于，進一步包括以下步驟：根據(jù)目標調(diào)制比折算支撐電容電壓，與采樣獲得的支撐電容電壓進行比較后，調(diào)節(jié)生成轉(zhuǎn)矩電流補償量i_{q_crr}和勵磁電流補償量i_{d_crr}，分別與目標勵磁電流值和目標轉(zhuǎn)矩電流值合成后，用于后續(xù)計算。