轨道交通异步牵引电机无速度传感器矢量控制技术分析

介绍适用于轨道交通的异步牵引电机无速度传感器矢量控制方法。分别从控制原理、不同调制模式的切换、基波电流提取、带速重投以及黏着控制方面对轨道交通中列车异步牵引电机的矢量控制原理进行说明。着重阐述如何根据异步牵引电机数学模型采用全阶磁链观测器观测出异步牵引电机的转子磁链,利用转速估计计算,实现异步牵引电机无速度传感器的转速估计。仿真和实验结果表明,该方法可以实现转速的快速和准确估计,系统具有良好的动静态性能。     

高速列车异步牵引电机直接磁场定向控制研究

对高速列车异步牵引电机的直接磁场定向控制技术进行研究。针对某型动车牵引电机,对电压型、电流型以及混合闭环磁链观测器的工作特性进行频率响应函数分析对比,并且仿真实现了基于混合型磁链观测器的牵引电机直接磁场定向控制。结果表明,电机参数偏差影响观测器对转子磁链的观测效果,混合型的闭环磁链观测器具有较强的参数鲁棒性,适合应用于直接磁场定向控制系统中。     

计及时变扰动下永磁牵引电机无传感器滑模控制

针对永磁同步牵引电机因参数摄动不确定因素造成控制性能下降以及速度传感器存在成本高、环境要求严格、估计精度不足等问题，提出了一种基于自适应广义高阶平方根容积卡尔曼滤波算法（ASRGHCKF）无速度传感器的永磁同步电机（PMSM）自适应非奇异快速终端滑模控制算法。首先，建立参数摄动下PMSM数学模型；其次，基于扩展滑模扰动观测器（ESMDO）设计自适应非奇异快速终端滑模转速控制算法（ANFTSMC），选择新型指数趋近律可随系统距离滑模面的远近自适应调整趋近速度，同时ESMDO实时精准观测系统的未知扰动部分；最后，结合ASRGHCKF实时精准估计电机的转速和转子位置。通过与PI和传统SMC算法进行仿真和半实物试验对比，验证了该算法在电机参数摄动下暂稳态性能更佳，有利于改善PMSM的无速度传感器控制效果。     

输入受约束的高速列车鲁棒自适应动态面控制

实现高速列车对期望速度与位移的精确跟踪至关重要。考虑输入饱和约束以及由于不确定的运行阻力、未知的黏滞摩擦系数和未测量的运行状态等引起的系统不确定性,提出高速列车的鲁棒自适应动态面控制算法。建立考虑牵引与制动转矩产生动态过程的高速列车动力学模型;引入扩张状态观测器在线估计和补偿系统总的不确定性,应用跟踪微分器代替动态面控制中的一阶滤波器,构造附加系统处理输入约束问题,设计了高速列车的鲁棒自适应动态面控制律;基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性以及高速列车速度跟踪误差和位移跟踪误差的半全局一致最终有界性。仿真结果验证了所提算法的有效性。     

无速度传感器感应电机自适应观测器的稳定性分析与设计

分析了感应电机低速发电工况下现有采用极点配置的自适应观测器存在不稳定区域的原因,得出了自适应观测器在全速范围内稳定的条件.在此基础上提出一种改进的速度自适应律和观测器增益矩阵选取方案.应用Lyapunov稳定性理论,得到基于自适应观测器的速度辨识自适应律;观测器的增益矩阵通过求解2 个双线性矩阵不等式得到.在MATLAB/SIMULINK环境下,对基于自适应观测器的无速度传感器感应电机直接转矩控制进行了仿真.仿真结果表明,本文给出的自适应观测器在全速范围内具有良好的稳态和动态性能,并具有很好的鲁棒性.     

基于鲁棒二次稳定性理论的状态观测器增益矩阵求法

针对具有定子电阻不确定参数的电机模型，设计了全阶自适应状态观测器，运用具有定子电阻参数不确定系统的二次稳定性理论，推导出转子速度的自适应辨识率，同时将定子电阻和速度视作不确定参数，利用LMI工具箱中求解不确定参数系统二次稳定性的方法，得到状态观测器的增益矩阵来保证整个系统在全速度范围内的稳定运行。此方法计算量小，易满足实时性控制要求。仿真结果表明，基于鲁棒二次稳定性理论求出状态观测器增益矩阵能保证系统在全速度范围内的稳定运行，并且可抑制定子电阻不确定性对速度辨识的影响，具有很好的鲁棒性能。     

列车传动最优黏着控制策略研究

在列车的行驶过程中,轮轨间的黏着控制尤其重要,最大化利用黏着力可提高列车的牵引/制动性能。文中提出的列车传动最优黏着控制策略通过全维状态观测器准确地估计出当前利用的黏着系数;利用可变遗忘因子的递归最小二乘法有效地计算出黏着-蠕滑特性曲线斜率;采用最速梯度法迅速搜索最佳蠕滑速度给定值。同时为了实现最优黏着控制,设计了蠕滑速度控制环来获得牵引电机转矩指令补偿量。最后通过仿真,证明了该控制策略的正确性和有效性。     

基于自适应联邦滤波的列控车载设备测速测距算法

基于转速传感器技术,提出1种列控车载设备测速测距算法,由自适应参数列车运动模型、空转/滑行时列车速度校正模型和基于联邦滤波的融合算法3部分组成.先建立列车运动模型,利用自适应参数更新列车运动模型和系统状态噪声,估计单个转速传感器所在轮对的速度和加速度;当检测到轮对空转/滑行时,利用设计的速度校正模型计算列车运行速度,并...     

基于扩张状态观测器的列车轨迹跟踪控制及其在CMC环境的测试

在列车运行过程中,存在着复杂且不确定的外部环境,很难获得阻力的表达式和阻力系数,因此,准确的外部阻力估计直接影响到列车轨迹跟踪精度。设计一种新型的基于扩张状态观测器的列车轨迹跟踪控制算法,将外部阻力和内部干扰扩展为一个新的状态变量,并进行精确估计。采用遗传算法对扩张状态观测器的参数进行优化。最后,在国产CMC芯片的硬件环境下进行测试。测试结果表明,基于扩张状态观测器的控制策略比现有广泛使用的PID算法具有更好的跟踪性能。得出以下结论:所设计控制算法通过补偿各种干扰的影响达到列车位置和速度的精确追踪,具有较强的抗干扰性。     

地铁列车最优黏着控制研究

潮湿、雨雪等轨面条件会导致地铁列车的黏着利用率低,从而降低列车的牵引和制动性能,进一步带来安全问题。为了使轮轨黏着力得到充分利用,建立了地铁列车的单轴牵引模型,设计全维状态观测器对黏着系数进行估计,并通过滑模变结构设计控制器来对电机转矩进行控制调整,基于MATLAB/Simulink进行模型仿真和结果分析。仿真结果表明,这种方法可以实时搜索出不同轨面条件下的最优蠕滑速度,黏着系数保持在最大值附近,提高了黏着利用率。     

基于多传感器信息融合的轨道交通列车轮径校正方法

多传感器信息融合是实现轨道交通列车高精度定位的发展趋势。针对列车车轮在运行过程中逐渐磨损导致轮径减小,从而影响轮轴速度传感器测速定位精度的问题,通过分析定位传感器的误差特性,采用轮轴速度传感器、加速度计和多普勒测速雷达构成列车组合定位系统,并结合卡尔曼滤波理论,提出一种基于卡尔曼滤波的轮径预测校正方法。该方法在各传感器工作正常时,通过多传感器信息滤波融合得到列车运动状态参数的最优估计,并完成轮径校正;在辅助传感器失效或故障时,通过过去和当前的传感器量测信息对未来一定时间内的列车运动状态做出定量的预测估计,进而完成轮径的预测与校正。仿真试验结果表明,本文所提出的方法能够达到较高的精度水平,提高了列车组合定位系统的可靠性和自主能力。     

基于非线性观测器的IPMSM无位置传感器控制

为了解决内嵌式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制中转子角度和速度估计问题,根据IPMSM的状态方程和非线性理论,设计了一种非线性状态观测器,并基于Lyapunov稳定性原理讨论了观测器稳定条件.同时考虑负载影响,加入了负载转矩的观测由于模型参数问题和采样精度问题,状态变量的观测值和实际值存在一定误差,因此对角度和速度观测值分别进行了修正.仿真和试验研究表明,改进后的非线性观测器能够准确估计转子角度和速度,可以获得良好的动态和稳态性能.     

基于轮轴速度传感器和加速度传感器的混合测速测距算法研究

为避免单一轮轴速度传感器在测速测距中存在的问题,设计了一种基于轮轴速度传感器和加速度传感器的混合测速测距算法。经过实验室仿真环境测试,证明该算法能有效地检测出列车是否出现空转或滑行,并保证在列车发生空转或滑行后的测速测距误差能够满足车载控制器对测速测距精度的需求。     

基于改进双曲交点算法的牵引电机故障诊断

CRH(China Railway High Speed)动车组高速列车已成为我国最重要的交通工具,而高速列车牵引电机的可靠性对于保障列车安全运行具有重要意义.提出一种基于改进双曲交点算法的参数估计方法,采用双曲交点作为搜索点,通过约束条件限制搜索点的数目,并在参数估计过程中改变控制参数调节算法的自适应性,以提高参数估计的效率和准确率.以CRH2高速列车牵引电机为模型,基于数学模型在Matlab/Simulink中建立仿真模型,结合所提出的算法进行参数估计.研究结果表明,提出的参数估计方法,能够有效地提高电机故障诊断效率并准确诊断电机定子绕组故障,验证了所提算法的有效性.     

基于动态面方法的高速列车蠕滑速度跟踪控制

针对高速列车的主动黏着防滑控制问题,提出基于障碍Lyapunov函数的蠕滑速度动态面跟踪控制算法,可以实现对蠕滑速度的上界约束,同时保障黏着控制系统的稳定性。首先建立考虑牵引与制动转矩产生过程的高速列车动力学模型,并将黏着控制问题描述为含输出约束的非线性系统的跟踪控制问题;然后引入障碍Lyapunov函数处理输出约束问题,设计了自适应动态面控制律,未知参数由自适应律估计得到,未知时变的黏着力和运行阻力由两个力观测器来估算;最后通过Lyapunov方法证明了蠕滑速度跟踪误差半全局一致最终有界,蠕滑速度始终保持在稳定区域内。仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于MRAS和ADRC混合无速度传感器PMSM直接转矩调速控制系统研究

将模型参考自适应技术(MRAS)应用于永磁同步电机(PMSM)无速度传感器直接转矩控制系统中。以永磁同步电机本身为参考模型,以电机的电流模型为可调模型,并利用Popov超稳定理论推出自适应律,对转子速度和位置信息进行辨识。考虑到无速度传感器控制系统存在参数变化和负载扰动的鲁棒性问题,将自抗扰控制(ADRC)引入到模型参考自适应无速度传感器调速控制系统中,形成一种新型的复合控制算法。在Matlab/Simulink中建立基于MRAS和ADRC的混合无速度传感器直接转矩控制系统仿真模型,仿真结果表明,该算法具有较好的速度和位置辨识精度、较强的鲁棒性和抗干扰特性、较优的动静态特性。     

基于CKF-SVSF数据融合提高CTCS-3级列控系统测速精度的研究

高速列车速度测量值的精确程度直接影响列控系统对列车运行的控制,根据列车速度等参数计算的列车制动距离的准确性也直接影响列车运行安全。针对既有测速算法的不足,提出了采用CKF-SVSF数据融合算法来提高列车速度测量的精确性。相对于传统的滤波算法,该算法充分结合了CKF和SVSF算法的优势。容积卡尔曼滤波算法(Cubature Kalman Filter,CKF)可更加精确地实现对非线性系统的状态估计;滑动可变结构滤波算法(Smooth Variable Structure Filter,SVSF)提供了在非线性系统的模型误差干扰下更具鲁棒性的测量方法。     

轨道车辆系统信息估计技术的容错性

建立考虑传感器噪声和估计系统参数偏差的独立车轮轮对模型,并根据状态观测器理论,设计轨道车辆信息估计技术流程,仿真研究传感器噪声强度及估计系统参数(车轮踏面等效锥度、轮轨接触蠕滑系数、车轮半径和一系纵向刚度)偏差对轮对状态(轮对冲角、左右车轮相对转速)及线路曲率估计结果的影响,以验证估计系统的容错性。结果表明:轮对状态估计系统对传感器噪声表现出极强的容错性,偏差率不超过3%,而传感器噪声强度的增加对线路曲率的估计精度影响基本不变,线路曲率的估计误差主要源于轨道不平顺;轮对冲角的估计精度始终较高,对估计系统参数偏差具有较好的鲁棒性,左右车轮相对转速的估计偏差在一系纵向刚度存在偏差时必须修正,估计系统其他参数偏差的影响可以忽略,线路曲率的估计偏差与估计系统的参数偏差存在比例关系,便于修正。     

基于全维观测器的无速度传感器异步电机控制

提出了一种模型参考自适应观测器，用于异步电机无速度传感器矢量控制系统的转速辨识。该方法将电机矢量控制与模型参考自适应系统（MRAS）相整合，异步电机作为参考模型，而全阶观测器为可调模型，利用两模型输出的误差构造了一个自适应律。理论分析和仿真结果表明，该转速辨识方法具有较强的鲁棒性和令人满意的动静态性能。     

用于异步电动机无速度传感器控制的自适应滑动模式观测器

介绍了用于异步电动机无速度传感器的磁场定向控制的一种自适应滑动模式观测器.该观测器通过电动机电方程式来检测两相静止参考坐标中的转子磁通分量.通过一个由Lyapunov函数得来的附加关系式可以推算电机速度.充分解释了滑动观测器和速度推算法的分析推导.在TMS320F240数字信号处理器控制器的基础上,给出了试验结果.说明和讨论了系统性能和电机参数偏差的影响.