张虓[1]2017年在《矿用自卸车电传动系统控制策略研究及优化分析》文中提出大型矿用电动轮自卸车是露天矿山运输中的重要运输设备,其运载能力强,机动性高,工作效率高,在全球各大露天矿山中广泛使用。大功率交流驱动技术作为电动轮自卸车关键技术也是世界各大矿山设备生产厂商提升产品核心竞争力的重要保证。作为自卸车交流驱动系统的核心,电传动系统控制策略将驾驶意图解析成系统各部分的控制目标,控制系统发挥出更好的工作能力,以满足自卸车运载作业过程中的各类需求。本文从解决矿用自卸车动力性能需求入手,对某220t矿用电动轮自卸车电传动系统控制策略进行了研究,得到了可靠的控制策略,通过矿山运载试验,证明该策略能够满足自卸车作业循环中的各种动力需求。对矿用自卸车典型循环工况的构建进行了研究,并根据所得循环工况对控制策略进行了优化分析,得出了电传动系统优化控制策略。首先,对研究对象的电传动系统进行了分析,以优先满足自卸车动力性能需求为目标,从自卸车的行驶性能、系统功率匹配和自卸车不同行驶状态三方面进行分析,推导出电传动系统控制策略的主体框架。然后,将电传动系统分为两个子系统:动力转换系统和牵引系统,分别对两个子系统的控制策略进行了研究。对于动力转换系统,根据柴油发动机工作曲线和交流发电机恒磁通匹配规则,提出了两条跟随控制规则:发动机转速跟随加速踏板指令和直流母线电压跟随发动机转速。对于牵引系统,根据自卸车不同行驶状态下的驱动电机转速特征,提出了基于电机转速的逻辑门限规则的转矩控制决策,并确定了不同决策下的电机控制目标与踏板指令的解析关系。对自卸车行驶过程中出现的特殊状态的判定条件和控制决策进行了研究,完善了牵引系统控制策略。针对两个子系统的控制策略设计了相关试验,通过试验数据证明了本文研究的控制策略能够满足自卸车的动力需求。随后,针对目前矿用自卸车循环工况研究结果较少,而循环工况对指导自卸车控制策略优化十分重要的情况,本文提出了基于矿山试验数据构建矿用自卸车循环工况的方法。利用行程分析法,根据矿用电动轮自卸车特点进行运动学片段划分,提取合适的特征参数,通过主成分分析和密度峰值聚类,得到带有自卸车行驶特征信息的循环工况分类片段,合理抽取这些片段,得到了矿用自卸车典型循环工况,为矿用自卸车优化控制策略提供全类别工况的数据基础。最后,基于所得的循环工况数据,对电传动系统控制策略进行了优化分析。通过对不同工况类别下电传动系统工作数据的分析,推导出不同工况下的控制重点。提出了改进最小距离分类法结合工况类别的二次判断,得到用于指导控制决策的工况识别结果。基于工况识别结果,对原有控制策略进行了优化。所得优化策略重新规划了发动机的工作曲线,以提高自卸车燃油经济性。同时,对不同工况下驾驶意图解析方式做出了调整,使系统控制目标偏向于该工况类别的控制重点。此外,还对不同工况下电机的转速范围进行了限定,以应对不同工况高转速下的动力性或操控性需求。
陶艳[2]2011年在《电力牵引交流传动控制技术研究》文中研究指明为了提高资源效能并保护环境,实现高速和重载运输,促进国民经济的可持续发展,在轨道交通运输领域,具有优异运行性能和显著节能效果的电力牵引交流传动系统应用越来越普遍。而交流传动控制技术是高速和重载车辆必须的技术配置,是高速铁路和重载货运发展的基础,也已成为衡量一个国家铁路技术水平的重要标志。本论文从电力牵引交流传动系统的基本结构出发,详细分析了系统核心部件整流器、逆变器以及三相交流异步牵引电机的工作原理,建立了相应的数学模型,综合阐述了单相电压型两电平四象限整流器和三相交流异步电机的各种控制策略。针对四象限整流器的控制,本文重点论述了瞬态电流控制和预测电流控制两种直接电流控制方案,发现瞬态电流控制算法简单,物理意义清晰,且实现较方便。针对交流异步电机的控制,本文在分析直接转矩控制原理的基础上,提出了交流传动电力机车全速度范围内的各种磁链控制方案,并对无速度传感器技术进行了深入的研究。重点分析了基于转子磁链模型和自适应参考全阶状态观测器的速度辨识算法,论证了后者在全速度范围都有着理想的辨识效果。本论文还用Matlab/Simulink软件对网侧四象限变流器的瞬态电流控制、电机侧的直接转矩控制以及无速度传感器控制进行了详尽的系统仿真研究,构建了各种控制方案的仿真模型,得出了与理论分析一致的仿真结果。
姚欢[3]2016年在《准高速内燃铁路作业车电传动系统研究》文中提出内燃机车因其地位特殊,暂时具有不可取代性,而且随着铁路的不断提速,使得准高速内燃机车成为机车发展的必然趋势。论文对内燃机车交流电传动及相关控制进行研究,提出一种用于轨道线路维修中人员、设备快速运输的准高速内燃铁路作业车电传动系统方案。本方案对于提高铁路维修效率和作业车运行可靠性具有重要的现实意义。论文首先结合实际中典型的牵引重量、限制坡道等因素提出期望牵引要求,并依据《列车牵引计算规程》计算内燃作业车功率、牵引力等性能参数指标。然后根据所得性能指标对作业车中间直流环节、牵引发电机、牵引电动机、牵引逆变器进行方案选定和参数计算。同时分析了太原机车厂生产的TY05型内燃作业车存在的问题,并提出解决方案。之后对作业车柴油发电机组控制系统进行研究,分析了柴油机转速控制以及牵引发电机励磁控制的组成及原理。针对作业车柴油机非线性、大惯性的特点,提出一种适用于内燃作业车柴油机转速控制的模糊自整定PID调速器。同时在Matlab软件中建立调速模型与励磁模型,仿真结果证明,在内燃作业车柴油发电机组中,应用模糊自整定PID调速控制器可以有更好的控制表现;另外,励磁控制系统在启动阶段以及负载突变时,可以很好地稳定发电机输出端电压。最后对作业车牵引电动机控制系统进行研究,根据作业车的牵引特性,在不同速度下采用不同的直接转矩控制方案。低速区采用准圆形磁链轨迹方案,高速区采用内折十八边形磁链轨迹方案,另外针对电动机启动电流过大的问题提出一种新型的限流措施。仿真结果表明,提出的限流措施有效地减小了启动时的定子电流;同时内折十八边形方案比传统六边形方案谐波含量更低,电流波形畸变更小,控制效果更佳。
鲁晓辉[4]2016年在《采煤机牵引变频器及电控系统维护检修平台建设》文中认为煤炭在我国的能源结构中占有相当重要的地位,机械化生产可以保证煤炭工业高效率生产,提高生产工艺,保障采煤工作面的工作安全和人员安全。在采煤工作面推行机械化生产是保证节约能源、减少人员投入和人为事故率的相对有效的技术和措施。作为煤矿生产的重要机械,采煤工作面的自动化程度对煤矿企业的生产效率和经济效益都有着至关重要的影响。同时,采煤机工作的稳定性和低故障率以及故障能否快速排除是制约煤矿生产效率的重要因素。因此,本课题引进了对交流传动牵引机车进行试验研究的交流传动互馈实验台系统,通过研究和分析了互馈实验系统的结构和控制算法,建设了一种基于能量互馈试验系统的采煤机牵引变频器的维护与检修和试验,以及对电控系统的维护与检修的平台。针对电控系统和牵引变频器输出的电压、电流和电机的磁链等电磁参量,利用霍尔传感器对电压电流参数进行跟踪检测,并研究设计了对这几种变量的调理电路模块,可以很容易地对这些参数进行检测和分析。同时介绍了铂电阻对温度的变化关系,对变频器及电控系统的温度变化进行检测。与铂电阻的这种温度传感器相比,还介绍了集成在IGBT模块中的负温度传感器对电阻-温度的非线性关系,研究了其补偿电路,并可以实时检测功率开关器件的温度变化情况。最后,作为采煤机牵引变频器及电控系统的维护检修平台建设的组成部分,还研究并介绍了对采煤机电气部分的检修操作规程等,为煤矿企业提供必要的技术支持和统一、规范的维护检修指导。通过对平台的建设和实验研究可知,本维护检修测试实验平台可以实现对采煤机牵引变频器及电控系统的维护检修的目的。
宋强[5]2012年在《基于Back-to-Back变流器的交流电机PCH控制研究》文中进行了进一步梳理基于背靠背(Back-to-Back,B2B)变流器的交流调速系统由于具有功率控制灵活、输出谐波含量小、能量双向流动等诸多优点,被广泛用于电机变频调速、电能变换和电力系统等领域。然而,由背靠背四象限变流器与永磁同步电动机(PMSM)组成的交流传动系统是一个高阶、多变量、强耦合、参数时变的复杂性控制系统。在系统调速过程中,传统的控制策略没有完全解决好因为网侧和机侧独立控制、系统参数时变和负载不确定等因素而影响系统综合控制性能问题,使得系统的动态和稳定性能有待提高。针对背靠背交流调速系统控制中的一些不足,交流传动系统的非线性控制方法的研究日趋深入。近年来,基于能量成形和端口受控哈密顿(port-controlled hamiltonian,PCH)方法引起电机控制专家的广泛关注,并取得了一系列研究成果。本文主要采用互联和阻尼配置无源性控制方法,设计出相应的系统运行控制器,从而来实现基于背靠背变流器的四象限PMSM交流传动系统的控制目标。第一,介绍了基于背靠背变流器的四象限PMSM交流传动系统的国内外发展状况,以及系统的主电路,控制电路,控制策略等。第二,阐述了PCH控制的理论基础(无源性、耗散性等),给出了端口受控耗散哈密顿系统(PCH)的能量成形控制方法,包括基于状态PCH模型控制方法与基于状态误差PCH模型控制方法等,并分析了各种控制方法的优缺点。第三,给出了基于背靠背变流器的四象限PMSM交流传动系统的数学模型,其中,分别介绍了三相静止和两相旋转坐标系下的机侧与网侧变流器的数学模型；在dq坐标系下,建立了背靠背交流传动流系统的速度控制PCH模型。并研究了背靠背交流传动流系统的几种控制策略,包括两侧矢量控制策略、矢量控制与PCH控制独立控制、两侧状态PCH控制、两侧状态误差PCH控制策略。在系统不存在扰动时,利用上述控制方法求取的控制器；电动机存负载转矩扰动时,设计了负载转矩观测器；为了彻底消除稳态误差,引入了PI控制作用,并且分别分析了平衡点的稳定性。第四,采用了SVPWM脉宽调制方式,在Matlab/Simulink环境下搭建了变流系统的仿真模型,并进行了仿真研究。并把几种控制方法进行了相互比较。仿真结果验证PCH控制与状态误差PCH控制下系统的动、静态性能的优越性。
宋文胜[6]2011年在《电力牵引变流器控制与调制算法研究》文中认为随着京津、武广、京沪等高速客运专线相继投入运营,我国高速铁路取得了飞速发展。电力牵引交流传动及其控制技术作为高速铁路电动车组的核心技术,对其开展研究具有重要的理论意义和现实价值。本文以国家科技支撑计划项目为依托,以高速电动车组中的电力牵引变流器为研究对象,重点从网侧单相脉冲整流器的谐波特性、控制算法和调制算法以及牵引变流器直流侧轻量化设计时的电机控制算法等方面深入开展了理论研究,为高速电动车组的关键技术牵引传动控制奠定了坚实的理论基础,并为工程设计提供了理论支撑。本文中单相脉冲整流器的调制算法主要是指单相三电平脉冲整流器的载波脉宽调制(CBPWM)、空间矢量脉宽调制(SVPWM)以及相应的中点电位控制算法；牵引变流器直流侧轻量化设计时的电机控制算法主要是指直流侧无二次LC谐振滤波电路时,牵引逆变器-电机的无拍频控制算法。具体研究内容如下：在单相脉冲整流器的控制算法方面：本文在研究单相两电平和三电平脉冲整流器工作原理和数学模型的基础上,首先从经典控制理论角度对该脉冲整流器的双闭环控制器进行了设计和推导,然后对常用的瞬态电流控制和预测电流控制进行了分析对比,最后给出了一种适用于网压波动情况下的基于d-q旋转坐标系有功无功电流解耦控制算法,并对网压波动下的脉冲整流器控制算法进行了计算机仿真验证。在单相脉冲整流器的网侧谐波方面：为了研究脉冲整流器的网侧电流谐波特性,本文分别从理论上对其网侧电流的低、高次谐波特性及其产生机理进行了推导和分析,并且考虑了牵引供电网的谐波对脉冲整流器的网侧电流和直流侧电压影响,给出了相应的低、高次谐波抑制算法,分别对网侧电流的低谐波抑制算法和高次谐波抑制算法进行了计算机仿真验证。在单相三电平脉冲整流器的CBPWM算法方面：主要以单相三电平单极性CBPWM算法为研究对象,并考虑了三电平结构的整流器存在中点电位不平衡问题,首先分别提出了2种基于零序电压分量注入(ZSVI)的单相三电平单极性CBPWM-ZSVI-I和CBPWM-ZSVI-II算法,并详细推导了其零序电压分量设计方法及其取值范围,然后在此基础上,当其零序电压分量取极限值时,本文又分别给出了这2种CBPWM算法的零序电压分量极限值(ZSVMI)注入的CBPWM-ZSMVI-I和CBPWM-ZSMVI-II算法,最后对这四种CBPWM算法分别进行了计算仿真和实验验证对比分析,这4种CBPWM算法都能有效地控制流侧中点电位,且各有特点。在单相三电平脉冲整流器的SVPWM算法方而：主要以单相三电平SVPWM算法为研究对象,并考虑了三电平结构的整流器存在中点电位不平衡问题,提出了3种单相三电平SVPWM-Ⅰ、SVPWM-Ⅱ和SVPWM-Ⅲ算法。对这3种SVPWM算法进行了详细的理论分析和设计；这3种SVPWM算法内部都嵌入了中点电位控制功能。并从理论上证明这3种SVPWM算法与CBPWM算法的关联性和统一性；且分别对这3种SVPWM算法的有效性和可行性进行了计算机仿真和实验验证。在牵引逆变器-电机的无拍频控制算法方面：当直流侧无二次LC谐振滤波电路时,直流侧两倍电网频率的纹波电压会引起电机拍频共振现象,本文从理论上推导了电机定子电压的拍频谐波频谱特性,分别针对牵引逆变器工作在多脉冲调制区和单脉冲控制区时,提出了基于单周期控制的牵引逆变器-电机系统在多脉冲区无拍频控制和单脉冲控制区的无拍频控制算法,并分别对多脉冲区和单脉冲控制区的无拍频控制算法进行了计算机仿真验证。本文为了验证上述算法的有效性和可行性,分别搭建了小功率的单相三电平脉冲整流器实验样机和基于单周期控制的逆变器-电机系统实验样机,给出了相应的硬件和软件设计方法,并进行了大量的样机实验测试。
高丽华[7]2009年在《内燃机车交流传动控制系统的研究》文中进行了进一步梳理铁路事业的飞速发展需要高性能的机车牵引系统。交流传动技术的成熟,使得交流传动机车成为当今世界机车技术发展的必然趋势。太原机车厂研制的TY05型交-直-交传动内燃机车的主传动控制系统,电源部分采用了传统的联合调节器式的内燃机-发电机组,牵引电机采用了动态性能不是很高的转差频率控制,但由于内燃机-发电机组的容量相对有限及其大惯性的特点,当负载突变或运行环境变化时,机车经常发生卸载现象。针对原有控制系统的缺点,本文采用微机控制的柴油机电子喷射系统作为内燃机-发电机组的控制部分,牵引电机采用直接转矩控制方法,各控制系统按模块化设计,提高了交流传动系统的动态性能和稳态性能,使整个系统协调运行。首先介绍了交流传动内燃机车的发展概况,对内燃机车主传动各部分特点进行了详细的分析。其次介绍了原有TY05型内燃机车各控制部分的原理,并详细的分析了造成机车卸载的原因。柴油机控制部分采用电子喷射技术方法,选择微机控制;对电动机采用了直接转矩控制方法,根据不同调速阶段的特点自动协调运行,提高了整个系统的动态性能。使得系统遇负载突变或运行环境变化时,机车都能正常运行。最后利用Matlab进行了系统仿真,仿真结果表明,该方案提高了系统的抗干扰性能,使系统能够正常稳定的工作。
常红军[8]2006年在《交流传动系统PSpice与Matlab仿真技术的研究》文中提出计算机仿真技术在交流传动系统的研究、设计中起着越来越重要的作用。计算机仿真可以用方便、廉价、灵活而且可靠的数学模型来研究交流传动系统各个环节的工作特点,进而选择最佳参数设计出更加合理的系统方案。 为了深入研究交流传动系统的控制性能,需要继续进一步探索计算机仿真技术,来模拟、分析交流传动系统中的各个环节,从而达到改善和提高交流传动系统控制性能的目的。本论文从模型分析、仿真技术研究、实验研究三个方面对交流传动系统进行了分析。并重点研究了PSpice和Matlab两种功能强大的仿真软件在交流传动系统仿真研究中的应用。 一般在设计系统时的第一个阶段,会采用Matlab中的Simulink来做为理想模型的仿真,以取得标准参考值;但进行到第二个阶段时,通常采用PSpice对电路来做真实特性仿真,如此就可以评估出系统非线性、延迟及其它真实组件的响应特性,对系统所造成的影响。因此,要综合利用PSpice在电路仿真分析方面的强大性能和Matlab强大的函数、运算功能。采用PSpice的器件模型和子系统、子电路来对电子电路进行直流分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析、温度分析、参数分析和蒙特卡洛分析等。然后,采用Matlab进行系统数据分析、输出曲线拟合、数据集成、数据区分、统计分析以及二维、三维绘图等操作。 本论文首先分析了交流传动系统的研究现状、发展趋势以及计算机仿真技术的应用情况。接着研究了永磁同步电机的数学模型以及其主要控制策略。然后分别研究了PSpice在交流传动系统各个环节仿真中的应用以及PSpice和Matlab的混合仿真技术,即用Matlab来读取PSpice仿真所得到的数据,从而实现应用PSpice和Matlab同时对交流传动系统进行仿真。最后对永磁同步电机增量运动控制系统进行了实验研究。
张慧闻[9]2016年在《油电混合隧道内燃机车传动系统设计》文中指出随着交流电传动技术的发展和普及,交流电传动技术已在新型内燃机车的传动系统中得到应用。油电混合隧道内燃机车作为一种新型的内燃机车,具有很广的运用范围。其整体效率高,可以降低内燃机车的油耗,进而减少废气排放。另外,对于铁路运输的发展极其重要。因此进行混合动力内燃机车交流传动系统的研究,对于提升铁路装备制造水平具有重要意义。本文以油电混合隧道内燃机车传动系统设计为背景,在Matlab/Simulink仿真平台下研究了混合隧道内燃机车用永磁同步电机矢量控制方法,并在此基础上对油电混合内燃机车功率跟踪控制进行分析。论文的主要工作如下:(1)永磁同步电机数学模型及控制策略分析:在定子和转子坐标系下对混合隧道内燃机车永磁同步电机的数学模型进行了分析,并研究了永磁同步电机矢量控制策略。(2)永磁同步电机传动系统研究:根据永磁同步电机数学模型和控制策略,搭建了基于油电混合隧道内燃机车永磁同步电机控制系统仿真模型,分别从稳态和动态两个方面对矢量控制系统进行仿真研究,仿真结果表明永磁同步牵引电机控制系统的稳态性能和动态性能良好,能够快速跟踪负载和转速变化。(3)油电混合隧道内燃机整车控制系统研究:从柴油发电机组控制、蓄电池充电控制以及功率跟踪控制三个方面搭建了油电混合动力内燃机车控制系统。仿真结果表明该混合内燃机车控制系统能够实现对机车负载功率的跟随控制,既能控制发电机机组的功率也能控制蓄电池充放电电流,使整个系统达到平衡。
郑舒阳[10]2015年在《基于驾驶意图识别与行驶工况识别的地下矿车控制策略》文中进行了进一步梳理随着交通运输业的发展,汽车保有量快速增加,世界正面临能源紧张和排放污染的紧迫局势,各国纷纷致力于“节能减排”的研究。目前的研究已经从减小乘用车、轻型车的燃油消耗开始,扩大到非公路重型车辆燃油经济性的提高上。电传动矿用自卸车是矿山运输中重要的运输工具,其运载能力强单车燃油消耗量大,在矿石开采成本中燃油成本占很大比重,因此针对矿用汽车燃油经济性的研究具有重要意义。电传动系统是电传动矿用自卸车运行的核心机构,在牵引工况控制能量从柴油机、发电机传递至轮边牵引电机,在制动工况利用制动电阻将轮边牵引电机再生发电的制动能量以热的形式消耗掉。因此电传动系统性能极大地影响了地下矿车的动力性、平顺性和燃油经济性。本文针对地下矿用自卸车的电传动系统控制策略进行研究以提高地下矿车的燃油经济性。首先从人-车-路闭环的角度对地下矿车传统恒功率控制算法深入分析,探究影响车辆燃油经济性的因素。在此基础上提出一种电传动控制策略,对驾驶意图和车辆行驶工况进行识别,综合驾驶员需求和行驶工况对电传动系统功率工作点进行决策,以达到在保障动力性前提下提高燃油经济性的目的。运用模糊识别方法对驾驶员加速意图、制动意图及平稳行驶意图进行识别,并应用实际工况统计数据指导识别参数隶属度函数的确定,提高模糊识别的准确性。基于目前尚无地下矿车行驶工况研究的情况,对地下矿车行驶工况分类进行了研究,依托实际工况数据,运用统计学K-means聚类方法进行工况分析,得到带有车辆驱动功率特征信息的工况分类。应用LVQ神经网络技术,对所建立的4种行驶工况进行识别。最后在恒功率控制策略架构基础之上,提出了基于驾驶意图和行驶工况的地下矿车电传动控制策略。在Maplesim/Simulink环境下研发了电传动地下矿车前向仿真平台,进行多工况仿真实验。结果表明,相较于恒功率控制策略,本文提出的控制策略提高了地下矿车的工况适应性和燃油经济性。
参考文献：
[1]. 矿用自卸车电传动系统控制策略研究及优化分析[D]. 张虓. 北京科技大学. 2017
[2]. 电力牵引交流传动控制技术研究[D]. 陶艳. 中南大学. 2011
[3]. 准高速内燃铁路作业车电传动系统研究[D]. 姚欢. 太原科技大学. 2016
[4]. 采煤机牵引变频器及电控系统维护检修平台建设[D]. 鲁晓辉. 安徽理工大学. 2016
[5]. 基于Back-to-Back变流器的交流电机PCH控制研究[D]. 宋强. 青岛大学. 2012
[6]. 电力牵引变流器控制与调制算法研究[D]. 宋文胜. 西南交通大学. 2011
[7]. 内燃机车交流传动控制系统的研究[D]. 高丽华. 太原科技大学. 2009
[8]. 交流传动系统PSpice与Matlab仿真技术的研究[D]. 常红军. 河北工业大学. 2006
[9]. 油电混合隧道内燃机车传动系统设计[D]. 张慧闻. 太原科技大学. 2016
[10]. 基于驾驶意图识别与行驶工况识别的地下矿车控制策略[D]. 郑舒阳. 北京科技大学. 2015