永磁同步电机弱磁控制仿真研究

受电动汽车车载电源和逆变器容量的限制,电压达到最大时会引起电流调节器的饱和,导致电机的转速无法继续提升,因此提高转速,扩大调速范围,需要进行弱磁控制。在分析永磁同步电机弱磁控制原理的基础上,提出了一种基于电流超前角的电压反馈弱磁控制策略,并在Matlab/Simulink平台中搭建永磁同步电机弱磁控制系统的仿真模型,仿真结果表明,控制系统具有较快的响应速度、较高的稳定性、较广的调速范围、较强的抗干扰能力和良好的鲁棒性。     

“新一代轨道交通牵引传动技术研讨会”日前召开

10月30日，江苏省轨道交通产业技术协会在常州市科教城组织召开了“新一代轨道交通牵引传动技术研讨会”。会议由同济大学铁道与城市轨道交通研究院常务副院长、江苏省轨道交通产业技术协会副理事长谢维达主持。会议就轨道交通车辆永磁同步电机直接驱动式牵引系统进行了生动而深入的探讨。     

轨道车辆永磁直驱技术综述

概述了国内外采用永磁直驱技术的轨道车辆发展状况,归纳了永磁直驱转向架的结构形式,讨论了抱轴式直驱结构与弹性架悬式直驱结构的特点及其适用情形,分析了永磁直驱转向架的蛇行运行稳定性与曲线通过性;针对轨道车辆应用,从磁性材料、冷却系统、温升效应、电机质量、气隙磁密、反电势抑制、失磁故障、电路结构等方面论述了永磁直驱牵引电机的结构设计与优化方法,分析了传统的牵引电机控制策略,讨论了模型预测控制技术和无位置传感器控制技术的研究现状及其用于永磁直驱电机的可行性和存在的问题;总结了轨道车辆永磁直驱技术的现存问题并展望了其未来发展方向。研究结果表明：刚性抱轴式永磁直驱结构紧凑,但电机受轮轨振动影响较大且增加了列车簧下质量,仅适用于低速轨道车辆;高速轨道车辆直驱技术宜采用弹性架悬式直驱结构,但需要进一步研究永磁牵引电机和直驱转向架的弹性连接方式和最优匹配参数,优化簧上、簧下质量分布;内置式永磁直驱转向架可缩短车轴长度和减少轴距,具有质量轻、动力特性好等优势,较适用于复杂的地形环境应用;需要研究更为快速准确的永磁电机故障在线诊断、预警与抑制方法,可结合基于故障诊断及预测的智慧运维技术,为车辆提供维修决策建议;需对永磁直驱电机定子、转子拓扑结构进一步优化,并提出更为有效的冷却结构及精确的温升计算方法;传统矢量控制与直接转矩控制难以兼顾高转矩动态响应和低转矩脉动,模型预测控制因其结构简单、动态响应快等优点,较适用于轨道车辆这类低开关频率大功率应用,但仍需进一步研究以降低其运算负荷并提升其稳态性能;无位置传感器技术可节省电机内部空间体积,且能防止编码器故障带来的可靠性问题,适用于内部空间狭小的直驱转向架,现有中高速无位置传感器技术已具有较好的性能,零速和低速下采用高频信号注入法虽能实现较准确的位置估计,但其对电机控制性能带来的一系列不利影响还需要进一步研究。     

聚焦轨道交通电力牵引关键技术新趋势

日前,“轨道交通电力牵引工程论坛”在中国南车株洲所隆重召开,中国工程院十位院士莅临论坛,论坛以较高的学术规格,探讨了我国轨道交通电力牵引机相关领域的科研及产业化发展进程,论坛所透露出的轨道交通电力牵引关键技术新趋势振奋人心!     

轨道交通牵引动力传动系统动力学研究综述

为了提升轨道车辆牵引动力传动系统的动态服役性能,保障服役可靠性与安全性,分析了牵引动力传动系统的动力学研究现状与发展趋势,研究了齿轮动力学、滚动轴承动力学和机电耦合效应的分析理论与研究方法,探讨了其未来的研究重点和发展方向。研究结果表明：在牵引动力传动系统动力学研究中,主要采用集总参数法进行耦合动力学建模,重点考虑齿轮时变啮合刚度和轮轨激扰等动态激励,分析齿轮传动与车辆系统的耦合振动特性;在轨道机车车辆滚动轴承动力学研究中,主要分析了轴箱轴承、电机轴承、电机抱轴承、齿轮箱轴承4种不同滚动轴承的动态特性;正在逐步深入开展基于转子动力学和机电耦合效应的机车牵引电机控制策略、谐波转矩抑制、故障激励机理及特征的研究;牵引电机、齿轮传动、轴承等关键部件的研究相对独立,未充分考虑彼此间的动态耦合关系,尚未揭示动力学相互作用机制;在前期研究基础上,今后重点关注的主要研究方向是进一步考虑整车服役环境影响,深入研究牵引动力传动系统关键零部件的动态特性、载荷识别、疲劳寿命、故障机理、故障诊断、性能演变规律与状态监测,探索新型牵引动力传动系统动力学特性。     

LOGO!在轨道交通直流牵引监控系统中的应用

本文简要的介绍了轨道交通变电所综合自动化系统及其直流牵引系统的整体结构,并根据实际需求,给出了LOGO!在北京某轨道交通直流牵引监控系统的具体解决方案,最后总结出了LOGO!的优点及其不足之处。     

永磁同步电机开路故障容错补偿控制

基于磁动势不变原则的故障容错补偿控制策略, 在研究正常情况下船用永磁同步电机磁动势数学模型的基础上, 建立了一相开路故障下磁动势数学模型。在电机发生一相开路故障时, 通过改变其余无故障两相电流的大小和夹角, 以保证故障前后电机的合成磁动势不变, 进而使得空间电压矢量脉宽调制控制策略在电机控制中仍适用。结合船舶电力推进系统模型, 在MATLAB/Simulink中建立船舶电力推进系统的整体仿真模型, 并对转矩、转速、电流等参数进行分析。仿真结果表明: 在无故障情况下, 螺旋桨模型输出转矩脉动和电机的转矩、电流、转速脉动分别约为0.85%、5.90%、6.25%、2.01%, 电机运行性能良好。在一相开路故障下, 若未采用容错补偿控制策略, 螺旋桨对故障响应较为强烈, 输出转矩脉动达到22.2%, 进而导致推进电机输出转矩、电流、转速均出现较大的波动, 分别约为82%、50%、33%, 且电机定子磁链轨迹为不稳定的椭圆; 采用基于磁动势不变原则的矢量容错补偿控制策略后, 螺旋桨输出转矩会恢复到稳定值, 脉动约为1.02%, 推进电机也会重新稳定运行, 转矩、电流及转速脉动均明显下降, 分别约为6.20%、6.78%、2.22%, 与无故障时的脉动范围基本相同, 电机定子磁链轨迹恢复为同故障前一致的圆形。可见, 采用故障容错补偿控制策略, 可以保证推进电机在正常情况和一相绕组开路情况下均能正常工作, 且螺旋桨负载与推进电机性能匹配良好。     

城际轨道交通自动化系统的研究与发展

在我国经济高速发展的同时,交通与经济发展不协调的程度越来越严重,特别是在我国的大都市圈地区.借鉴国外大都市圈城市交通发展的经验,公共交通是解决交通拥堵的最佳手段.在我国,发展城际轨道交通是可持续发展战略的需要,是发挥区位优势、促进现代化进程的需要,同时也是调整生产力布局、加快经济发展的需要.城际轨道交通的建成,将大大方便城市间居民的出行.文章以我国珠三角都市圈城际轨道交通自动化系统为研究对象,以系统思想为指导,对城际轨道交通自动化系统的若干问题进行了研究.主要内容如下:城际轨道交通自动化系统的研究意义、特点、内容、构建和发展趋势.     

基于模糊滑模控制的永磁同步液压电机泵变速控制的研究

提出一种永磁同步液压电机泵模型,即把永磁同步电机转子作为液压泵缸体,以进一步提高液压传动的整机效率．通过控制电机转速直接调节泵的输出流量,使电机泵提供的功率与负载匹配,从根本上提高液压调速系统的效率．同时建立了该液压电机泵变速控制系统的数学模型．针对永磁同步电机非线性、多变量、强耦合的特点,将模糊和滑模控制理论运用到永磁同步电机直接转矩控制中,以提高系统的鲁棒性和快速性．对转速阶跃变化进行仿真研究,仿真结果表明该策略具有良好的鲁棒性和快速性．     

永磁同步电动机在混合动力汽车上的应用

介绍应用于混合动力汽车上的永磁同步电动机的结构、工作原理、控制方法。井对永磁同步电动机在丰田prius轿车上的应用进行分析。     

基于瞬态有限元永磁同步电机静止位置检测策略

无传感器控制的永磁同步电机在低速和静止时一直存在着转子位置难以检测和估算的问题,本文针对该情况提出了一种基于瞬态有限元分析的转子位置和永磁极极性检测的策略和方法.以两相凸极永磁同步电机为例,通过对永磁同步电机瞬态磁场的有限元分析,考虑铁心饱和与注入信号瞬态特性的影响,提出一种对转子位置非常敏感的组合电感的计算算法,并给出基于该组合电感的转子位置和永磁极极性检测的策略和优化转子位置检测的方法.计算结果表明,该方法能在电机静止和低速时,快速准确地判断出转子位置和永磁极极性.     

轨道交通桥梁结构噪声研究综述

针对运行列车引起的轨道交通桥梁结构噪声问题,总结了国内外轨道交通桥梁结构噪声的辐射特性、预测方法、产生机理、控制措施及工程应用等方面的研究成果,展望了未来的研究重点和发展方向。研究结果表明：轨道交通桥梁结构噪声主要集中于200 Hz以下的低频段,峰值一般出现在40~100 Hz;如何使用更先进的声源识别技术将桥梁结构噪声从综合噪声中分离出来,是准确分析桥梁结构噪声频谱特性和空间分布特性的关键;现有的桥梁结构噪声预测方法包括声学边界元法、统计能量分析等,声学边界元法的计算效率较低,统计能量分析主要用于钢桥噪声预测,发展大跨度混凝土桥梁结构噪声预测方法是当务之急;桥梁结构噪声峰值主要与桥梁结构的中高频局部振动特性和轮轨系统输入到桥梁结构的振动能量有关,桥梁的中高频局部振动特性对声辐射特性的影响机理尚未形成统一认识;目前常用的桥梁结构噪声控制措施有轨道减振措施和桥梁减振措施2类,桥梁减振措施对结构噪声的控制效果一般,轨道减振措施虽然能够有效降低桥梁结构噪声辐射,但同时可能引起轮轨噪声与道床二次结构噪声的增大,建议在保证经济性的条件下,综合运用各种控制措施,以取得最优的降噪效果。     

城市轨道交通对城市发展的支持和引导作用——以北京城市轨道交通为例

城市轨道交通对城市的发展具有极大的支持和引导作用。本文以北京市轨道交通规划和建设情况为例,分析了北京市轨道交通线网规划和北京城市总体规划的关系,分析阐述了轨道交通与城市形态、土地利用的相互作用。分析表明轨道交通可以促使中心城土地功能布局的调整和优化,引导新城的合理发展,要通过科学合理的规划控制,为建设宜居城市提供有力保障,实现城市的可持续发展．     

城市轨道交通应急通信指挥车通信系统组网方案的探讨

为配合国家应急平台体系的建设及满足日益凸显的实用需求,城市轨道交通行业启动了应急通信指挥车的工程建设.本文通过对轨道交通应急通信指挥车在设定场景执行紧急救援时的功能需求分析,指出了轨道交通应急通信指挥车与通用型应急通信指挥车的主要区别,提出了不同于通用型应急通信指挥车的轨道交通应急通信指挥车的通信系统组网方案.并对该方案的系统构成、系统功能、系统特点及系统主要技术指标进行了分析和阐述,对无线图像传输环节采用的COFDM技术做了简单介绍.该方案能够对轨道交通领域应急通信指挥车的工程建设提供参考与借鉴.     

轨道交通中异构智融车载网络发展综述

从蜂窝无线接入技术、非蜂窝无线接入技术、异构智融车载网络接入技术三方面,分析了国内外轨道交通车载网络的研究现状;针对非蜂窝无线接入技术和蜂窝无线接入技术的问题,阐述了协同利用轨道交通周边异构无线资源进行网络融合、协同通信的优越性;从网络模型、网络架构两方面论述了异构智融车载网络的融合方案;结合智能轨道交通业务需求,从可靠性和资源利用率两方面对现有的异构智融车载网络研究进行了系统性的归类梳理;从人工智能、安全性和云边结合三方面提出未来异构智融车载网络的发展趋势。研究结果表明：异构智融车载网络可靠性分为网络架构的可靠性和数据传输的可靠性,其中在网络架构可靠性方面,主要研究了通过冗余网络架构、车云传输架构、软件定义网络构架和智慧协同网络架构4种方式提升可靠性,在数据传输可靠性方面,主要研究了通过多路径传输、网络编码和切换算法降低传输过程中的丢包率;异构智融车载网络资源利用率分为无线接入的资源利用率和链路调度的资源利用率,其中在无线接入资源利用率方面,主要通过信道状态预测、频谱划分、频移补偿3种方式增加网络吞吐量,提高资源利用率,在链路调度的资源利用率方面,主要通过调度算法、接收缓存算法和拥塞控制算法来减少异构链路对数据传输的影响,降低数据重传次数,提高网络资源利用率。     

COVID-19在城市轨道交通系统内的传播建模与预测

考虑城市轨道交通出行特征, 将新冠疫情下城市轨道交通系统内的乘客分为易感者、感染者、暴露者; 假设病毒自由传播, 以疫情发生初期的病例为研究对象, 结合相关研究, 选择病毒传染概率为0.41;将感染者乘坐城市轨道交通的过程分为出入站阶段和乘车阶段, 考虑病毒有效传播范围、人群分布特征、人群流动特征, 建立新冠疫情在城市轨道交通系统内部的传播模型; 以某市地铁为模拟案例, 假如有13个感染者乘坐地铁, 结合历史客运数据确定模型参数的取值, 预测不同载运水平下可能造成的感染人数, 同时研究与可能感染人数相关的各类要素。研究结果表明: 当载运水平降低至平均水平的10%时, 多数案例的可能感染人数降低至1人以下, 证明了城市轨道交通客流管控强度的有效性, 起终点站内人数折减引起的感染人数变化(小于20%)低于车厢人数折减引起的变化(60%~80%), 说明相比起终点站内人数, 车厢内的人群密集程度对可能感染人数的影响更加显著; 在经停时, 假如上下车人数之比不大于1, 则能有效控制可能感染人数的升高; 当经停站数与可能感染人数非线性正相关时, 载运水平、经停站数、可能感染人数之间的函数关系具有较高的拟合优度(决定系数为0.700 1)。     

新型Halbach阵列永磁电动悬浮系统垂向稳定性

针对永磁电动悬浮系统的垂向动态稳定性问题, 研究了永磁电动悬浮系统的临界稳定特性; 提出了一种永磁铁加常导线圈混合构成的新型Halbach阵列, 通过在永磁体表面缠绕有源常导线圈, 实现了永磁电动悬浮系统阻尼的主动控制, 并对比了新型Halbach阵列与其他2种主动电磁阻尼控制方案; 建立了新型Halbach阵列永磁电动悬浮系统垂向动力学模型, 并采用经典PID闭环控制方法设计了悬浮控制器, 分别在无外界干扰、外界扰动力干扰和轨道不平顺干扰3种情况下仿真分析了该系统的垂向动态稳定性。研究结果表明: 永磁电动悬浮系统在扰动力作用下将进行等幅震荡而不能稳定悬浮, 连续扰动力干扰下甚至可能撞轨; 提出的新型Halbach阵列具有磁场耦合计算方便、力调节范围大的优点; 设计的悬浮控制器能使系统稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置, 且线圈电流为0, 不产生损耗, 仿真分析所得系统悬浮气隙和线圈电流与理论分析结果的相对误差小于0.01%;当出现轨道不平顺干扰时, 系统能快速稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置, 稳定后的线圈电流仍为0, 实现了永磁电动悬浮系统的零功率平衡; 当外界扰动力为±1 500 N时, 系统能快速稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置, 稳定后的线圈电流分别为29.68和-30.40 A, 表明新型Halbach阵列永磁电动悬浮系统能够实现垂向动态稳定。