一种基于磁通切换直线电机的轨道交通速度脉动抑制方法

摘要

本发明公开了一种基于磁通切换直线电机的轨道交通速度脉动抑制方法，地铁车辆运行时可分为变速运行和恒速运行两者情况，为达到抑制定位力和速度脉动的目的，当处于变速运行时本文提出了位置x域重复控制和R‑PI调节器结合的方法来抑制定位力的新型控制策略，首先将时变的t域的信号，变换为具有固定周期的x域信号，再对其进行重复控制器的设计；当处于恒速运行时，采用时间t域重复控制和R‑PI调节器结合的方法。同时为了准确获得LFSPM的位置和速度信息，本专利同时提出了位置递推控制算法来取代位置传感器技术。

主权项

一种基于磁通切换直线电机的轨道交通速度脉动抑制方法，其特征在于：根据轨道车车辆速度不同而切换x域重复控制器或t域重复控制器，同时与位置递推控制算法相结合，最终达到抑制定位力和速度脉动的目的，同时实现了无位置传感器技术；具体包括如下步骤：(1)监测LFSPM电机的实际运行速度v(t)：若v(t)为恒定值，则进入步骤(2)，速度环采用t域重复控制器和R‑PI调节器结合的方法进行控制；若v(t)为变速值，则进入步骤(3)，速度环采用x域重复控制器和R‑PI调节器结合的方法进行控制；(2)恒速时，速度环的控制方法：恒速时，速度环采用t域重复控制器和R‑PI调节器结合的方法进行控制：R‑PI调节器的传递函数G_R‑PI(s)为：$G_{R-PI}\left(s\right)K_p+\frac{K_i}{s}+\frac{2w_c{K}_{R}s}{s^2+2w_{c}s+w_o^2}$其中，K_p为比例系数；K_i为积分系数；K_R为谐振系数；w_o为谐振频率；w_c为低通截止频率，s为复变量；t域重复控制器：首先将与y(s)做差得到e(s)，使用二阶低通滤波器Q(s)和时滞环节构成重复控制器对e(s)进行重复控制，其中T₀是e(s)输入重复控制器的周期；e(s)经重复控制器后的输出经过串联补偿器C(s)控制P(s)得到y(s)，P(s)为控制对象；最后对y(s)进行拉普拉斯逆变换得到y(t)，v_ref＝y(t)；(3)变速时，速度环的控制方法：首先对进行拉普拉斯变换得到v(s)，将v(s)与y(s)做差得到e(s)，对e(s)进行拉普拉斯逆变换得到e(t)；然后设定有线性算子T与逆算子T^‑1，计算再通过k_RP调节闭环系统的收敛速度得到x为动子齿轴线所在的位置；D(x)为时滞环节，Q(x)为低通滤波器；接着对u(t)进行拉普拉斯变换得到u(s)，经过串联补偿器C(s)控制P(s)得到y(s)，P(s)为控制对象；最后对y(s)进行拉普拉斯逆变换得到y(t)，v_ref＝y(t)；(4)v_ref与v(t)的差值作为PI控制器的输入，得到q轴参考电流i_qref，i_qref与q轴实际电流i_q的差值作为PI控制器的输入，得到q轴电压u_q；d轴参考电流i_dref＝0与d轴实际电流i_d的差值作为PI控制器的输入，得到d轴参考电压u_d；对u_q和u_d进行dq/αβ变换得到u_α和u_β，以u_α和u_β作为参考值，对LFSPM电机进行SVPWM控制，检测得到逆变器的输出电流i_a、i_b和i_c；(5)对i_a、i_b和i_c进行abc/αβ变换得到i_α和i_β，对i_α和i_β进行αβ/dq变换得到i_q和i_d；以i_a、i_b和i_c驱动LFSPM电机；(6)通过无位置传感器对LFSPM电机的位置信息进行检测，具体为：设定θ_m为LFSPM电机的位置角，τ为相邻两个定子之间的极距，则LFSPM电机的电压方程在两相旋转坐标系dq轴坐标下表示为：$\left[\begin{array}{c}{u}_d\\ u_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}R+pL& 0\\ 0& R+pL\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]=p\Phi \left[\begin{array}{c}cos\Delta {\theta }_m\\ {\mathrm{sin\Delta \theta }}_m\end{array}\right]$Δθ_m＝θ_m(n)‑θ_m(n‑1)其中：R为电枢绕组电阻，L为电枢绕组电感，Φ为永磁体的永磁磁链，p是微分因子；据此得到：$\begin{array}{c}{\mathrm{cos\Delta \theta }}_m\left(n\right)={\mathrm{cos\Delta \theta }}_m(n-1)\\ +\frac{T_s}{\Phi }\{u_d(n-1)-{\mathrm{Ri}}_d(n-1)-L\frac{i_d\left(n\right)-i_d(n-1)}{T_s}\}\end{array}$$\begin{array}{c}{\mathrm{sin\Delta \theta }}_m\left(n\right)={\mathrm{sin\Delta \theta }}_m(n-1)\\ +\frac{T_s}{\Phi }\{u_q(n-1)-{\mathrm{Ri}}_q(n-1)-L\frac{i_q\left(n\right)-i_q(n-1)}{T_s}\}\end{array}$其中：n为采样点，T_s为采样时间；因此得到：Δθ_m(n)＝tan^‑1(sinΔθ_m(n)/cosΔθ_m(n))据此得到为LFSPM电机的位置角θ_m(n)为：θ_m(n)＝θ_m(n‑1)+Δθ_m(n)(7)对θ_m(n)作时间微分得到实际运行速度v(t)；计算实际位置信号将给定位置信号x_ref与x相减后作为PI控制器的输入，得到