永磁直线同步电机特性分析及优化控制策略研究

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随着轨道交通技术的发展,中速磁浮列车逐渐成为中短程交通运输领域一个重要的发展方向。本论文对中速磁浮列车永磁直线同步电机特性及控制策略进行了研究,论文的主要工作如下:  分析了中速磁浮列车牵引直线同步电机长定子绕组无铁心及永磁体Halbach阵列结构的特征,建立了长初级永磁直线同步电机的数学模型。并针对中速磁浮列车定子绕组分区分段供电的特点,计及馈电电缆及电机非耦合段漏电阻、漏电感参数的变化,建立了中速磁浮永磁直线同步电机的动态数学模型。分析了转子磁场定向控制策略,并应用到电机模型中,仿真试验结果验证了电机模型的正确性及控制算法的有效性。  针对中速磁浮永磁直线同步电机具有隐极机性质,且外界干扰及定子侧漏电阻、漏电感较大易导致反电势计算误差偏大的问题,改进了高频脉振电压注入法进行速度与位移信号估计,并将改进前后的控制策略进行分析对比。仿真试验结果验证了改进后的无速度传感器控制策略的有效性。  对电机的弱磁升速控制策略进行研究,针对电机受变流器电压等级限制,无法在恒转矩区持续升速的问题,将单电流调节器弱磁控制策略应用到永磁直线同步电机模型。针对电压波动引起的控制模式切换点误差偏大的问题,提出了用多点采样取平均值的方法对控制模式切换方式进行改进。并对比分析了电压外环电流调节器弱磁控制策略与单电流调节器弱磁控制策略。仿真试验结果证明了改进后的控制模式切换方式准确有效,单电流调节器弱磁控制策略稳定有效。
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