电力牵引传动系统微秒级硬件在环实时仿真

为满足电力牵引传动系统高速实时仿真的需求,分析了交直交牵引传动系统的结构及其原理,建立了现场可编程门阵列硬件在环(HIL)仿真模型,其中包含单相脉冲整流器、中间直流回路、三相两电平逆变器以及异步电机四部分。对于含有开关器件的结构——逆变器和整流器,分别推导出它们不同状态下各自开关函数的逻辑表达式,考虑了变流器电流过零点时的换流情况。采用状态方程及矩阵方程分别对变流器以及异步电机进行建模,并将数学模型集成在FPGA中加以实现,在RT-LAB实时仿真器上进行HIL仿真,验证了仿真平台的正确性。由于采用FPGA模拟牵引传动系统,充分发挥了其善于并行计算的特性,大幅缩短了仿真的步长,突破了中央处理器速度限制,实现了微秒级系统模型实时仿真,提高了HIL仿真系统的响应速度以及准确度。

基于混合逻辑动态模型的电力牵引传动系统硬件在环仿真

为涵盖牵引变流器所有可能开关状态以及进一步减小硬件在环(hardware-in-the-loop,HIL)仿真步长,该文提出一种基于混合逻辑动态(mixed logical dynamic,MLD)模型的电力牵引传动系统HIL仿真,并于现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)上实现。结合开关器件驱动信号,推导不同电流、电压条件下的开关函数逻辑表达式,依此建立二重化单相脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器和三相PWM逆变器的MLD模型。合理分配系统各模块计算顺序,使系统计算步长约束在500ns内。HIL仿真与Simulink仿真对比,结果验证了HIL仿真的正确性和有效性。相较于基于通用处理器的HIL仿真,MLD模型和FPGA的结合进一步减小了仿真步长,能及时反应开关动作。

上海城轨车辆电力牵引传动系统及其控制

简述了城市轨道车辆电力牵引传动系统及其控制技术的发展过程,介绍了目前上海城轨车辆采用的两大类电力牵引传动系统及其控制方法,指出采用先进的交流传动系统是电力电子技术、计算机技术及异步电机控制理论发展的必然趋势。

电力牵引异步电动机无速度传感器间接定子量控制

在异步电动机等效电路模型基础上阐述间接定子量控制的数学关系,论述全速度区域的间接定子量控制方案及恒功弱磁区的动态弱磁方法。采用一种基于Luenberge观测器的转速自适应估计算法,构建无速度传感器间接定子量控制系统。针对在电力牵引中无速度传感器控制系统必须能在异步电动机任何未知转速时重新投入工作,给出了一种初始转速自优化搜索算法。利用TMS320C31和TMS320F240构成的双微机控制系统,对所提出的方案实施了全数字化控制。试验结果表明,该无速度传感器间接定子量控制系统具有优异的动、静态性能。

感应电机无速度传感器控制带速重投研究

介绍电力牵引传动中速度传感器在工程应用中存在故障率高的问题,分析了无速度传感器控制带来的诸多优点。推导了感应电机在Γ型等效电路基础上的无速度传感器转速估计方法。针对无速度传感器控制在电力牵引中实际应用的关键技术——感应电机带速重投控制进行了深入研究,并对不同情况下的带速重投控制给出了解决方法。

两相两重四象限变流器的控制方法及实现

为实现对大功率、低开关频率变流器的控制,通过建立两相两重四象限变流器主电路的数学模型,分析变流器主电路的电气特性;在考虑线路电阻的基础上,采用电压外环和基于坐标变换电流内环的双闭环控制方法对变流器的调制电压进行控制;提出倍增控制频率的载波移相方法,可在不增加硬件设备的情况下降低牵引电网侧低次谐波的含量,并结合正弦波脉宽调制(SPWM)技术,实现对以多种开关频率工作的变流器的控制;以TMS320F28335型DSP芯片为平台,设计包括初始化程序、串行通信服务程序和定时中断程序的控制软件,并在背靠背功率互馈试验台进行验证。结果表明:采用给出的两相两重四象限变流器控制方法,能够使变流器在启动工况下的电流变化平稳,在牵引工况和制动工况下,大功率、低开关频率变流器可以单位功率因数满载运行,而且中间电压波动较小、输入电流无异常波动,大幅减少了牵引电网侧的低次谐波成分和总谐波失真率。