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

有效

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

本發(fā)明提出一種永磁同步牽引傳動(dòng)系統(tǒng)控制方法。控制系統(tǒng)包括采樣單元和控制器；采樣單元采集永磁同步電機(jī)運(yùn)行勵(lì)磁電流和運(yùn)行轉(zhuǎn)矩電流、支撐電容電壓及轉(zhuǎn)子頻率的旋轉(zhuǎn)變壓器；控制器獲取對(duì)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)下達(dá)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩指令，計(jì)算目標(biāo)勵(lì)磁電流值和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩電流值，生成勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)值和轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)值；轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)單元用于根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩電流值和運(yùn)行轉(zhuǎn)矩電流值生成轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)值，并根據(jù)調(diào)節(jié)單元輸出的勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)值和轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)值生成目標(biāo)調(diào)制比與調(diào)制頻率，最終輸出對(duì)永磁同步電機(jī)的PWM調(diào)制波控制信號(hào)。本發(fā)明提供的控制方法，采用新型SVPWM脈沖控制方法，來進(jìn)一步降低開關(guān)頻率，提高系統(tǒng)效率，并實(shí)現(xiàn)在較低開關(guān)頻率系統(tǒng)中的穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及牽引傳動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于永磁同步牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和控制方法。

背景技術(shù)

牽引傳動(dòng)系統(tǒng)是列車的動(dòng)力系統(tǒng)，由變流器和電機(jī)兩大部分組成，電機(jī)完成電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)變，帶動(dòng)列車行駛。

永磁同步牽引傳動(dòng)系統(tǒng)采用的為永磁同步電機(jī)，永磁同步電機(jī)較異步電機(jī)相比，具有功率因數(shù)高、發(fā)熱小、噪聲小、可靠性高等特點(diǎn)。城軌永磁同步電機(jī)在軌道交通牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用尚處于起步階段。永磁牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的控制中存在大量技術(shù)問題需要進(jìn)一步研究。在牽引電機(jī)與牽引變流器控制方面，雖與異步牽引傳動(dòng)系統(tǒng)控制有相通之處，但也存在許多永磁電機(jī)特有的實(shí)際問題。

目前現(xiàn)有的城軌永磁同步電機(jī)控制算法，其多采用異步SVPWM運(yùn)行，其在高轉(zhuǎn)速情況下，為滿足輸出電流諧波要求，其IGBT開關(guān)頻率大大增加，輸出損耗提高，同時(shí)為滿足散熱要求造成硬件成本增加。

由于永磁牽引電機(jī)是永磁體勵(lì)磁，弱磁范圍較窄，弱磁難度較大。較好的弱磁控制技術(shù)可在逆變器容量不變的情況下大幅提高系統(tǒng)性能。目前眾多弱磁方案，其算法復(fù)雜，同時(shí)弱磁效率低，效果差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，永磁同步電機(jī)控制存在的算法復(fù)雜、控制精度低等問題，提出一種新型的永磁同步牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和方法，采用該系統(tǒng)和方法，在滿足輸出電流要求的前提下，可降低變流器的開關(guān)損耗，提高弱磁的控制精度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種永磁同步牽引傳動(dòng)系統(tǒng)控制系統(tǒng)，包括：

一種永磁同步牽引傳動(dòng)系統(tǒng)控制系統(tǒng)，用于永磁同步牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的控制，所述永磁同步牽引傳動(dòng)系統(tǒng)包括牽引變流器及永磁同步電機(jī)，牽引變流器的輸出端經(jīng)三相可控接觸器與永磁同步電機(jī)連接，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(jī)連接，包括用于采集永磁同步電機(jī)運(yùn)行勵(lì)磁電流和運(yùn)行轉(zhuǎn)矩電流的電流傳感器、用于采集永磁同步電機(jī)支撐電容電壓的電壓傳感器、用于采集永磁同步電機(jī)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(duì)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)下達(dá)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩指令；

MTPA計(jì)算單元：用于根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩指令，計(jì)算目標(biāo)勵(lì)磁電流值和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩電流值；

調(diào)節(jié)單元：包括勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)單元，所述勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元用于根據(jù)目標(biāo)勵(lì)磁電流值和運(yùn)行勵(lì)磁電流值生成勵(lì)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(biāo)轉(zhuǎn)矩電流值和運(yùn)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(lì)磁電流調(diào)節(jié)值和轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)值生成目標(biāo)調(diào)制比與調(diào)制頻率；

分段同步調(diào)制單元：根據(jù)解耦控制單元生成的目標(biāo)調(diào)制比和調(diào)制頻率，輸出對(duì)永磁同步電機(jī)的PWM調(diào)制波控制信號(hào)。

優(yōu)選的是，控制器進(jìn)一步包括電流精確計(jì)算單元：用于將目標(biāo)勵(lì)磁電流值和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩電流值換算為精確勵(lì)磁電流值和精確轉(zhuǎn)矩電流值；所述勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元根據(jù)精確勵(lì)磁電流值調(diào)節(jié)生成勵(lì)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。