《中低速磁悬浮列车控制方式的比较与选择》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中低速磁悬浮列车控制方式的比较与选择（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中低速磁悬浮列车控制方式的比较与选择摘要：中低速磁悬浮列车是新时代的一种新型交通方式，由常导电磁铁实现 悬浮，通过直线感应电机进行控制驱动。本文通过研究中低速磁悬浮列车控制驱 动系统核心一一直线感应电机的控制方式并对其进行比较，择出最优控制方式。关键词：磁悬浮列车控制方式比较选择引言中低速磁悬浮列车已逐渐成为新时代的主要交通方式之一。运行控制系统是保中速磁悬 浮列车正常运行的核心系统。它是磁悬浮列车运行控制的“大脑”和“神经系统”。其主要 功能是操作指挥和安全防护。然而，目前的磁悬浮运行控制系统几乎都是借鉴了传统地铁采 用的基于通信的列车运行控制系统，没有形成一套适用于中速磁悬浮列车的成熟的运
2、行控制 方法。因此，研究中速磁浮列车运行控制算法，选择具有完全自主知识产权的中速磁浮列车 运行控制系统，对保证列车平稳运行，提高工作效率起重大作用。1.中低速磁悬浮列车控制方式随着科技的进步，磁悬浮列车这种新型轨道交通方式技术越来越成熟。列车通过电磁吸 力或斥力在轨道上方呈现悬浮状态，再利用直线感应电机做驱动实现列车运行。磁悬浮列车 无车轮及相应的传动系统，与轨道无直接接触，无摩擦损失，操作维护起来更加简便，因此 其具有良好的发展前景。采用直线感应电机控制驱动是中低速磁悬浮列车正常运行的关键技 术之一。通过对直线感应电动机的控制方式的研究分析，选择出最适宜的控制方式，对促进 我国磁悬浮列车技术
3、的发展和应用具有重要意义。1.1基于位置速度闭环的PID控制方法PID控制是目前最简单的控制方式之一，也是目前工作人员最常使用的一种控制方式。在这种控制方式下，通过将理想值与实际检测到的直线感应电机的移动距离或速度相比较， 计算出偏差值e，再以此决定出具体的控制方式。图1 PID控制基本框图在中低速磁悬浮列车的控制驱动系统中的直线感应电机中，常常应用P位置控制和 P/PI速度控制。然而，直线感应电机存在着一定的不足之处，例如其具有边缘效应。所以简 单的PID控制方式往往做不到很好地控制直线感应电机。1.2矢量控制矢量控制方法有两种，一种是通过滑差频率控制，另一种是直接转子磁场控制。第一种方法是
4、在稳态的磁通控制方程下，不考虑矢量控制方程及坐标转换，直接加入开 环磁通控制方程的应用进行矢量控制，使控制方式更为便捷。将这种矢量控制方法应用到直 线感应电机的控制方式之中，目前能够实现对F推35N、r 0.3m/min的超低速直线感应电机 的控制。并且在步进负载和步进速度指令下，直线感应电机能够得到及时响应，这对于旋转 电机来说是一步很大的发展。第二种方法是完全解耦磁通和扭矩，分别控制励磁电流和扭矩电流。在考虑动态电机等 效电路的基础上，建立了磁场定向直线感应电机矢量控制系统模型，并根据动态纵向端效应 的影响进行模拟。1.3直接力控制这种控制方式是通过人工计算并调节从定子坐标系电机的的F推，
5、从而产生PWM信号并 利用空间矢量实现直接调节直线感应电机启停状态的逆变器,以达到更高的对F推的控制能力。 促使直线感应电机的推力响应更快，不受电机相关影响因素的影响，特别适用于模型模糊不 清晰的直线感应电机。在直接力控制中，电机的F推和速度v的实际值不能提前知道，并且难以通过人工直接 测量。所以，应观察并估算这两个值。F推和v的计算过程和计算精度将会直接影响到对直线 感应电机的控制精度。目前的测量方法有电压模型观测法、电流模型观测法、Romberg状态 观测法等。第一种观测方法是目前最简单的磁通量观测方法。，它实际上就是在初级电压方 程中采用微积分计算磁通量。但是在电机转速较低时使用本方法容
6、易造成很大的误差。第二 种观测方法则是利用电机参数并对其使用高级的电压方程来计算磁通量。所以本方法的控制 精度直接取决于电机参数的稳定性。第三种观测方法目前可以成功地控制双边直线感应电机， 磁通量由扩展卡尔曼滤波器观测器进行初步观测估算，再将简化的Romberg状态观测器用于 更精细的磁通观测，在实际应用于控制3kw直线感应电动机时，在其高速运转时F推响应曲 线非常平稳，但在电机低速运行时F推响应曲线却十分波折，故该方法更适合高速运转频率 的直线感应电机。1.4无速度传感器控制随着科技的快速发展，无速度传感器控制技术已成为机电行业的一个热点问题。一些机 械行业发展度较高的国家从上个世纪70年代
7、就开始对无速度传感器控制技术进行相关研究。 发展到目前，无速度传感器控制技术已经相对成熟，相关应用产品种类繁多。然而，对直线 感应电机使用无速度传感器控制技术的研究及实例却很少。目前直线感应电机的无速度传感 器推力控制是通过使用高频注入速度估计方法来实现的，且无速度传感器控制不受直线感应 电机的电机参数和运行条件的影响。相关试验表明，无速度传感器控制在电机转速处于低频 段时也具有较高的速度观测精度，这将成为直线感应电机在极低速下的最佳控制方式，但目 前无速度传感器控制技术应用到直线感应电机的控制系统中仍在进行实验过程，离大量地投 入实际应用的时间还比较远。2.中低速磁悬浮列车控制方式比较综上所
8、述，目前直线感应电动机的主要控制方式各有优缺点，主要体现在：(1)基于位置速度闭环的PID控制方法是应用起来最简单的控制方法。将其应用到直线 感应电机的控制系统中，可以实现直线感应电机的平稳调速，从而促使列车平稳运行。但美 中不足的是它对直线感应电机的控制方式是通过控制系统的稳态值，这就造成了其稳定性、 起停及慢速时性能都不太理想。(2 )矢量控制是将一次电流中的励磁电流分量和转矩电流分量转化为标量，并对它们分 别进行控制，使直线感应电机能够迅速地对转矩和磁链实现控制功能。其滑差频率控制方式 的结构相对简单。并且这种控制方式可以实现电机转速较低时列车也能平稳运行，因此在许 多接近零速的系统中其
9、具有很强的优势。然而，该控制方式基于矢量方程，因此控制性能会 受到转子参数影响。其直接转子磁场控制方式本应具有最好的控制性能，但在实际应用中， 转子时间常数这个影响因素的干扰作用较大，双解耦系统的结构也过于繁琐，降低了控制性 能匕。(3)直接力控制方式减促使直线感应电机的推力响应更快，由直线感应电机自身发力。 按理说应该是最优选择，但是目前来说其在控制直线感应电机时只有在电机高速运作时才具 有最优控制性能，在电机低速运作时F推响应曲线却十分波折，导致控制性能大打折扣。(4 )无速度传感器控制方式不仅省去了复杂的坐标转换，也省去了价格昂贵的转速观测 器件，节约了成本。但目前其还在试验阶段，距离实
10、际投入使用还有一定的时间。综上所述，矢量控制模式具有最大的优势。在这种控制模式下，电机的F推基本上可以 保持在一个恒定值。这样，在启动/停止时可以获得较大的F推，有利于中低速磁悬浮列车的 快速启动和制停，同时也有利于列车悬浮系统的稳定运行，保证系统的安全。结语本文通过对中低速磁悬浮列车的控制驱动系统核心-直线感应电机的控制方式进行了 研究分析并对其优缺点进行了比较，选择出了目前最合适的控制方式一一矢量控制方式。但 其也有一定的不足之处，希望在不久的将来，控制系统设计师们能创新出更合适的中低速磁 悬浮列车的控制方式。参考文献1齐然,罗京.中低速磁浮列车悬浮控制系统研究J.电力机车与城市车辆,2016,3(39) :29-32.2杨志华.中低速磁浮列车悬浮系统仿真研究D.成都:西南交通大学,2014:9-30.
