基于模型的牽引變流器四象限控制研究

于曉蔓　趙輝　姚大順

摘? 要】自動(dòng)代碼生成技術(shù)目前多用于汽車電子領(lǐng)域，對(duì)軌道交通領(lǐng)域涉足尚淺。對(duì)基于模型的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行分析后，提出將基于模型的開發(fā)方式應(yīng)用于電力機(jī)車牽引控制軟件的開發(fā)過程中，通過MATLAB平臺(tái)實(shí)現(xiàn)基于模型的牽引控制邏輯與算法開發(fā)。結(jié)果表明采用基于模型的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行牽引變流器四象限控制軟件設(shè)計(jì)具有可行性、高效性、經(jīng)濟(jì)性。

【關(guān)鍵詞】基于模型的設(shè)計(jì);四象限控制;電壓電流雙環(huán)控制

1、研究背景

在軌道交通行業(yè)，隨著電力機(jī)車的發(fā)展與應(yīng)用，電力牽引控制成為了軌道交通的核心技術(shù)之一。電力機(jī)車控制電路主要可分為四象限整流器和逆變器兩大部分。與三相整流器相比，四象限整流器的應(yīng)用領(lǐng)域窄，但在電力機(jī)車交流傳動(dòng)、單相 UPS 電源、變頻器等特定領(lǐng)域處于核心地位，因此對(duì)四象限變流器的研究具有重要的工程意義和經(jīng)濟(jì)意義[1-4]。四象限變流器控制方式主要分為傳統(tǒng)控制和現(xiàn)代數(shù)字控制。本文采用的直接電流控制技術(shù)，是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的電壓電流雙閉環(huán)控制[5，6]。

2、基于模型的四象限控制基本原理

2.1 基于模型的軟件開發(fā)流程

基于模型的軟件開發(fā)方式主要依托于自動(dòng)代碼自動(dòng)生成技術(shù)，自動(dòng)代碼生成技術(shù)可以使軟件開發(fā)人員從繁瑣代碼編寫任務(wù)中脫離，從而將自身的精力放到軟件設(shè)計(jì)中。基于模型的軟件開發(fā)流程包括需求的獲取、模型設(shè)計(jì)、模型測(cè)試、自動(dòng)代碼生成、集成等。

2.2 四象限控制原理

本文采用的直接電流控制技術(shù)，是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的電壓電流雙閉環(huán)控制。

2.2.1 電壓控制

電壓環(huán)控制器的作用是保持四象限變流器的直流母線電壓穩(wěn)定，對(duì)負(fù)載突變等外部擾動(dòng)保持良好的動(dòng)態(tài)穩(wěn)態(tài)性能。給定電壓指令和母線電壓反饋相減得到電壓指令偏差輸入，經(jīng)過 PI 控制器計(jì)算得到電流環(huán)輸入指令值。

2.2.2 電流環(huán)控制

交流信號(hào)控制采用比例諧振PR控制器。工程上，引入一種改進(jìn)的PR控制器，其傳遞函數(shù)為

為截至頻率，越大，PR控制器的帶寬越大。

2.2.3 鎖相環(huán)控制

鎖相環(huán)的作用為跟蹤網(wǎng)壓的相位，產(chǎn)生控制結(jié)構(gòu)框圖中所需的“”和“”兩種信號(hào)。鎖相環(huán)的基本結(jié)構(gòu)主要分為鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LPF）、振蕩器（VCO）三部分。

3、模型設(shè)計(jì)

根據(jù)MATLAB建模工具的特點(diǎn)，選用Simulink開發(fā)算法模型。四象限變流器控制的算法模型主要是保證直流側(cè)的電壓輸出指標(biāo)。算法模型主要包括電流控制模塊、電壓控制模塊、鎖相控制模塊三部分。

4、結(jié)論

基于模型的牽引變流器四象限控制技術(shù)采用目標(biāo)代碼自動(dòng)生成的方法，大大加快了四象限控制邏輯和算法的開發(fā)進(jìn)程，展現(xiàn)了基于模型的設(shè)計(jì)方法在軌道交通行業(yè)應(yīng)用的光明前景。

參考文獻(xiàn)：

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[6]Kukrer O，Komurcugil H. Control strategy for single-phase PWM rectifiers. Electronics Letters，1997，33（21）：1745-1746.

作者簡(jiǎn)介：

于曉蔓，1993.04-，女，碩士學(xué)位，中車大連電力牽引研發(fā)中心有限公司工程師，研究方向?yàn)殡娏﹄娮臃抡妗⒒谀Ｐ偷臓恳刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)研究。