摘要：随着城市规模不断增加，地铁无疑成为了缓解交通拥堵的重要交通工具。然而，对于地铁工程来说，其不仅投资巨大，而且施工周期长，所以为了保证地铁工程的施工质量，则必须要对地铁车辆的性能予以更高的要求。在地铁车辆中，牵引系统是其中最为关键的组成部分，但是受制于我国地铁车辆研发时间有限，地铁车辆牵引电传动系统控制技术的研究部便成为了设计人员最为关心的内容。因此，本文将以阐述我国地铁车辆牵引系统的发展情况为切入点，对地铁车辆牵引电传动系统控制关键技术予以详尽说明。
关键词：地铁车辆；牵引电传动系统；控制；关键技术
引言：面对我国城市日益拥堵的局面，为了更好的解决此类问题，我国各大中城市加快了地铁工程的建设进度。在地铁工程中，地铁车辆牵引电传统系统是否科学、是否更具现代化，成为了衡量我国地铁车辆设计水平的关键要素。现阶段，我国地铁车辆牵引电传动系统控制技术的研究与国外发达国家仍然存在不小的差距，所以为了追赶世界发达国家的步伐，我国必须要对地铁车辆牵引电传动系统控制关键技术的研发加大力度，以此来为我国地铁工程的发展奠定更加坚实的基础。
一、我国地铁发展及其车辆牵引传动系统发展现状
自上世纪六十年代起，我国建设了第一条地铁线路，随着多年的发展以及改革开放的不断深入，我国地铁工程的发展逐渐加快了脚步，并且呈现出跨越式的发展态势。当前，随着我国城市化进程的不断推进，越来越多的城市加快了地铁工程的建设步伐，并且我国地铁规模已经处于世界前列。但是，尽管我国地铁工程的建设速度较为迅猛，但是我国地铁车辆在性能方面仍然与国外发达国家存在不小的差距。在地铁车辆中，牵引传动系统是其中重要的组成部分，并且当中所涉及的技术十分复杂，例如，电子、电机等学科均在其中有所渗透。通常来说，地铁车辆牵引电传动系统由如下部分组成，即：牵引变流器、网络通讯控制器、监控装置与牵引电机等，并且地铁车辆的性能高低与其牵引电传动系统的性能有着直接关系。随着我国科研人员的不懈努力，我国在地铁车辆设计、生产等方面的能力已经达到世界一流水平，但是当中的核心技术仍然被美国、日本等国家所垄断，致使我国地铁车辆牵引电传动系统控制关键技术的发展受到限制。此外，作为地铁车辆当中的关键技术，牵引电传动系统的安全性与可靠性与地铁车辆的运行质量有着紧密联系，所以为了进一步加快我国地铁工程的发展，加大对地铁车辆牵引电传统系统控制关键技术的研究就显得十分重要，同时也可成为我国地铁工程发展的关键动能。
二、低开关频率下牵引电机离散转子磁链观测模型
在牵引电机中，转子磁链观测是其中不可或缺的重要一环。同时，为了更好的对牵引电机转矩进行控制，则需要借助观测转子磁链来获悉牵引电机中的电压以及电流信号的传输情况。随着微处理器技术的不断发展，通过现代微处理器的帮助，牵引电机连续系统的动态变化过程采样可借助离散化方法来实现。通常来说，在观测转子磁链过程中，难免需要涉及到离散方法及离散迭代计算周期等问题，对于低迭代计算频率的转子磁链观测离散模型来说，如果降低离散精度，那么观测结果便会与真实情况存在差异，导致电机控制性能受到影响。因此，下面将对低开关频率下离散转子磁链观测存在的问题以及转子磁链观测模型离散化设计予以详尽论述。
1、分析低开关频率下离散转子磁链观测存在的问题
对于传统转子磁链离散化模型来说，其为了可以使牵引电机的性能最大限度的发挥出来，则需要对离散精度提出较高的要求，所以此时便会对微处理器的要求比较高，确保微处理器可以自始至终的保持较高的频率来完成迭代计算。但是，对于牵引变流器来说，鉴于其存在低开关频率特性，并且微处理器对于系统控制时序要求较高，往往会导致磁链模型的迭代计算频率比要求值低很多。因此，计算需求与实际需求之间所引发的矛盾问题也就会因此出现。
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2、转子磁链观测模型离散化设计
当前，对于离散控制系统来说，对其进行典型设计的方式主要存在以下两种，即:连续域离散化设计与直接数字域设计。
2.1 连续域离散化设计
所谓连续域离散化设计，指的是通过使用多种连续域设计手段，帮助设计人员设计出满足使用要求的连续域控制器，随后离散化控制器来离散转子磁链观测模型，此种离散方法与计算流程均较为简单。
2.2 直接数字域设计
直接数字域设计指的是将离散模型对象建立在离散域之中，使得控制器设计可以直接在离散域中完成。当前，连续域离散化设计方式在实际应用过程中已经变得较为成熟，并且设计理论也较为丰富，其可应用在较为复杂的情况之中，存在比较强的适用性。因此，在通过离散化手段对转子磁链观测模型进行设计时，设计人员通常会比较喜欢使用连续域离散化设计方法来完成设计工作。
3、高速区稳定及相位补偿的改进设计
鉴于连续域离散化设计存在一定局限性，同时也为了使微处理器计算能力小的特点得到兼顾，设计人员提出了高速区稳定及相位补偿的改进型离散转子磁链观测器。通过对离散转子磁链观测模型进行改进，使得模型离散的误差得到了显著降低，并且当计算周期为0.2ms时，离散误差最多不超过0.1%。此外，在进行迭代计算时，周期时间为1ms，此时高速区的最大误差不超过4%，误差相比于连续域离散化模型有着大幅度的降低。因此，通过高速区稳定及相位补偿的改进设计，其可极大的姐姐离散转子磁链观测过程中误差较大以及相位较为滞后等问题，极大的弥补了微处理器计算量有限的缺点。
三、地铁牵引电传动系统关键控制技术的研究
为了使得地铁牵引电传统系统的控制达到标准要求，我们就需要对离散模型的稳定性进行分析，一般来说们根据离散线性系统稳定性判断，离散时间线性系统会逐渐的进入到稳定的充分必要条件。对于离散磁链观测模型的稳定性程度而言，一般我们先利用函数来进行离散状态方程，然后对模型值的最大特征根来进行分析，并对转子磁链观测模型离散稳定性进行分析。一般来说当牵引电机全速范围趋近于2.0pu的时候，微处理器迭代计算的周期能够达到0.5ms，可以说离散迭代计算周期不管如何选择，转子磁链观测离散模型都难以保障其能够在全速范围内得到较好的稳定，而且随着迭代计算周期不断增大，转速会原来越高且稳定性会越来越差。基于此，我们要想保证地铁牵引电传动系统的稳定性能够保持在较好的阶段，我们就需要对迭代周期进行控制，确保转速保持在要求的范围内，避免稳定性减弱。
四、结束语
随着我国经济发展与日提升，城市规模不断扩大，为了满足民众的出现需求以及改善城市拥堵问题，地铁工程势必会在未来得到突飞猛进的发展。在地铁工程中，地铁车辆的性能关系到地铁工程运行的稳定性与可靠性。同时，对于地铁车辆牵引电传动系统来说，其中所涉及的要求十分复杂，同时也对其可靠性与稳定性提出了更高的要求。因此，为了提升我国地铁车辆的总体性能，要求设计人员不断的加大对地铁车辆牵引电传动系统控制关键技术的研究，解决其中所存在的问题，对提升我国地铁车辆总体设计水平有着积极的意义。
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论文作者:彭世通
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/2/24
标签：地铁论文; 电传论文; 车辆论文; 转子论文; 系统论文; 我国论文; 模型论文; 《基层建设》2019年第29期论文;