城市軌道車輛電機控制系統仿真

摘 要：三相異步電機作為城市軌道車輛電力驅動的重要部件，它的性能直接影響到整個車輛的運行品質。文章首先深入研究了矢量控制的原理，思路的演變過程，通過坐標變換和控制器的構建，坐標變換模塊，轉子磁鏈模塊，電流調節模塊，利用搭建了一個異步電動機矢量控制系統，通過MATLAB的simulink軟件仿真了矢量控制的動態性能。通過仿真研究，從而深入的了解交流異步電機模型及在矢量控制下的各種靜態及動態性能。

關鍵詞：異步電動機；矢量控制；仿真

引言

由于車輛是城市軌道交通最重要，也是最關鍵的設備，其中電力傳動系統則是車輛動力系統的重要部件，它涉及電力電子，電機，計算機控制等多個領域，電力傳動系統的先進技術水平也體現了車輛設備的高新技術含量。在近代的軌道交通發展中，交流傳動車輛逐步取代直流傳動車輛是當前國內外軌道車輛的發展方向。它的性能直接影響到整個車輛的運行品質，所以必須對城市軌道車輛交流異步電機及其調速系統進行深入地分析。

矢量控制技術已成為高性能變頻調速系統的首選方案，通過國內外對交流異步電機的矢量控制技術的長時間研究和探索，我們可以對交流異步電機的構造及其控制方法有了全面而系統的了解，矢量控制理論完全能夠滿足國民經濟發展對交流調速系統提出的寬調速范圍，快速響應性能，高精度和穩定性的要求，本文進而通過分析與仿真的方法來改進其控制方法與電力牽引系統，最終達到了提升軌道交通車輛運行品質，使其更快速，更安全，更舒適，讓乘客滿意的目標。

1 異步電動機矢量控制

1.1 異步電機矢量控制基本原理

2 三相異步電機矢量控制系統的實現

2.1 三相異步電機矢量控制系統的實現方式

矢量控制的方式主要有兩種：有速度傳感器和無速度傳感器的矢量控制。本文中采用的是帶速度傳感器的矢量控制方式。基于轉子磁鏈定向的系統框圖如圖1所示。

系統采用的是帶速度傳感器的基于轉子磁場定向的矢量控制理論，控制結構上采用速度和電流雙閉環控制系統。控制系統根據轉子磁鏈觀測器進行轉子磁鏈的觀測，通過檢測定子電流，并經過三相坐標系到轉子磁場定向的兩相同步旋轉坐標系的變換，得到在d-q坐標系上電機定子電流的轉矩分量和勵磁分量，定子電流的轉矩分量和勵磁分量通過各自的控制器輸出，并通過兩相同步旋轉坐標系變換到兩相靜止坐標系，再利用電壓空間矢量法（svPWM）來控制脈寬并驅動逆變器進行工作。

2.2 PI控制器設計

矢量控制系統中反饋環節采用了PI控制器，Pl控制器包括比例環節和積分環節兩個部分。比例環節的引入是為了及時成比例地反映控制系統的偏差信號，以最快速度產生控制作用，使偏差向減小的方向變化。比例系數凡，變大，穩態誤差減小；同時動態性能變差，振蕩比較嚴重，超調量增大。積分作用的引入主要是為了保證實際輸出值在穩態時對設定值之間的無靜差跟蹤。

4 結束語

本論文詳細介紹了矢量控制的原理及相關知識；然后，本文采用控制器構建了一個異步電動機矢量控制系統，通過以上做的大量仿真結果表明帶轉矩閉環的感應電動機矢量控制系統的輸出定子電流is_abc（A）、轉矩Te（N.m）和轉速（rad/s）的變化基本能跟隨給定的轉速？棕*（rad/s）和負載轉矩TL（N.m）的變化而變化，但也從中看出存在著不同程度的擾動影響。實驗證明矢量控制是有效提高異步電動機運行的有效手段之一。

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作者簡介：董力群，南車集團青島四方機車車輛有限公司技術工程部，高級工程師，研究方向：高速動車組電氣工藝。