城軌交通用直線感應(yīng)電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)控制.pdf

1、直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的城市軌道交通系統(tǒng)具有直接驅(qū)動(dòng)、不受限于輪軌間的黏著特性、爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、選線方便、隧道開(kāi)挖半徑小等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸在城市軌道交通中得到廣泛應(yīng)用。
　　 本文從城軌交通用直線感應(yīng)電機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)始，到電機(jī)的次級(jí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及靜態(tài)性能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；接下來(lái)研究了電機(jī)的高性能矢量控制策略，最后設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的地鐵試驗(yàn)線動(dòng)態(tài)運(yùn)行控制系統(tǒng)。
　　 本文主要做了以下幾個(gè)方面的工作：
　　 第1章，回

2、顧了直線電機(jī)的發(fā)展歷程，介紹了直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理以及分類，然后介紹了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的城軌交通系統(tǒng)發(fā)展與現(xiàn)狀，接著介紹了直線感應(yīng)電機(jī)分析方法、設(shè)計(jì)及優(yōu)化技術(shù)以及控制策略，最后確立了論文的研究主題：城軌交通用直線感應(yīng)電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)控制。
　　 第2章，從城軌交通用直線感應(yīng)電機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)入手，介紹了將電機(jī)等效為雙邊型非磁性次級(jí)直線感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法，并指出該方法的不足之處——忽略了次級(jí)鐵芯。為彌補(bǔ)不足，提出將該方法與有限無(wú)方法

3、結(jié)合設(shè)計(jì)電機(jī)，以考慮復(fù)合次級(jí)中次級(jí)鐵芯的影響。同時(shí)，還指出了城軌交通用直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的特點(diǎn)，為本文的研究打下基礎(chǔ)．
　　 第3章，為提高電機(jī)起動(dòng)性能，對(duì)直線感應(yīng)電機(jī)的次級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先通過(guò)3D參數(shù)化有限元分析了次級(jí)結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)電機(jī)起動(dòng)性能的影響，從中找出對(duì)電機(jī)起動(dòng)力特性影響最大的兩個(gè)參數(shù)，即次級(jí)鋁板厚度及次級(jí)板寬度。在3D有限元分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立了反映電機(jī)起動(dòng)力特性的，以次級(jí)結(jié)構(gòu)為參數(shù)的表面響應(yīng)模型?；诖?/p>

4、表面響應(yīng)模型，通過(guò)引入多目標(biāo)遺傳算法，以次級(jí)結(jié)構(gòu)參數(shù)為設(shè)計(jì)變量、以電機(jī)獲得最大起動(dòng)推力和最小法向力為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化。優(yōu)化后，電機(jī)的起動(dòng)力特性得到顯著提升。因此，在城軌交通應(yīng)用中，在電機(jī)起動(dòng)路段通過(guò)適當(dāng)改變次級(jí)結(jié)構(gòu)參數(shù)，可顯著提高電機(jī)起動(dòng)特性。
　　 第4章，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了城軌交通用直線感應(yīng)電機(jī)靜態(tài)性能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，以項(xiàng)目的直線感應(yīng)電機(jī)樣機(jī)對(duì)測(cè)試對(duì)象，給出了測(cè)試結(jié)果，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析。該測(cè)試系統(tǒng)為直線電機(jī)靜態(tài)

5、性能測(cè)試提供了一種方案。計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集卡，配以不同的軟件功能模塊，便可實(shí)現(xiàn)各種測(cè)量和儀器控制功能。與傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)相比，基于虛擬儀器的測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)放靈活，系統(tǒng)升級(jí)方便，開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本低。隨著虛擬儀器技術(shù)的推廣，基于總線型連接、模塊化設(shè)計(jì)，可自由組合的電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)是電機(jī)生產(chǎn)廠家樂(lè)于采用的，是未來(lái)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。
　　 第5章，對(duì)電機(jī)的矢量控制策略進(jìn)行了研究。提出城軌交通用SLIM等效電路參數(shù)獲取的新方法，同時(shí)提出SLIM推力前饋

6、補(bǔ)償器以使推力與磁鏈完全解耦，并給出了推力和磁鏈在PI調(diào)節(jié)下SLIM在不同運(yùn)行工況下的仿真結(jié)果。為進(jìn)一步提高矢量控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提出通過(guò)將推力PI調(diào)節(jié)器中的比例環(huán)節(jié)，替換為單輸入單輸出的模糊調(diào)節(jié)器，并保留積分環(huán)節(jié)的模糊PI調(diào)節(jié)器。單輸入單輸出模糊規(guī)則簡(jiǎn)單，易于實(shí)際應(yīng)用，仿真結(jié)果表明推力調(diào)節(jié)器采用模糊PI調(diào)節(jié)后，矢量控制在不同的工況(6m/s、12m/s)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)更為迅速。最后提出控制器參數(shù)的優(yōu)化思路，并利用Matlab優(yōu)化工具箱

7、對(duì)推力及磁鏈的PI調(diào)節(jié)的控制參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并與未優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，優(yōu)化結(jié)果表明優(yōu)化后的控制器控制效果更佳.
　　 第6章，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了直線電機(jī)地鐵試驗(yàn)線全數(shù)字動(dòng)態(tài)運(yùn)行控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于無(wú)線控制與通訊，采用PC及數(shù)字信號(hào)處理器DSP，極大地簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，并能實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的可靠運(yùn)行控制，這為直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的軌道交通的動(dòng)態(tài)運(yùn)行控制提供了一種解決方案。采用的TMS320F2407是當(dāng)前實(shí)用的電機(jī)控制專用芯片，功能強(qiáng)大，價(jià)格合

8、理，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制以及數(shù)據(jù)計(jì)算，可極大縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期。通過(guò)計(jì)算機(jī)并口的EPP模式擴(kuò)展操作按鈕以及顯示面板，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，成本低，這為基于PC的操作臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一種低成本方案。整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，具有較強(qiáng)的工程指導(dǎo)意義。
　　 第7章，總結(jié)了論文的研究成果，并指出本文的創(chuàng)新點(diǎn)，最后展望了下一步的研究工作。
　　 本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要有以下3點(diǎn)：
　　 (1)建立了描述城軌交通用直線感應(yīng)電機(jī)起動(dòng)推力及法向力特性

9、的基于3D有限元結(jié)果的表面響應(yīng)模型，并利用多目標(biāo)遺傳算法對(duì)電機(jī)啟動(dòng)段的次級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化：即以獲取最大起動(dòng)推力和最小法向力為優(yōu)化目標(biāo)。
　　 (2)將模糊控制的快速性與PI控制的靜態(tài)無(wú)差相結(jié)合，提出SLIM矢量控制中模糊PI推力調(diào)節(jié)器，并提出了PI控制器的參數(shù)優(yōu)化方法，該控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性好。
　　 (3)研制了直線感應(yīng)電機(jī)地鐵試驗(yàn)線的全數(shù)字動(dòng)態(tài)運(yùn)行控制系統(tǒng)以及電機(jī)靜態(tài)性能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。其中動(dòng)態(tài)運(yùn)行控制系統(tǒng)包括車(chē)