本发明专利技术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，本发明专利技术同时提出了位置递推控制算法来取代位置传感器技术。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，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，本专利技术同时提出了位置递推控制算法来取代位置传感器技术。【专利说明】
本专利技术涉及，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。
技术介绍
自1863年世界上第一条地铁（6km)在英国伦敦投入运营，迄今已有140多年的历 程。据日本地铁协会公布，目前，全球己有40多个国家和地区的120多个城市拥有地铁，总 营运里程超过7000km，地铁已成为城市轨道交通运载工具的主流模式。此外，轻轨、有轨电 车、市郊通勤车以及新交通系统都获得了不同程度的应用与发展。它们都是一种通过旋转 电机驱动，依靠轮轨黏着作用来传递牵引/制动力的传统的技术模式。这种技术模式由于 其结构简单、技术成熟、承载能力大、运行阻力小等优点，长期以来在技术上得到了不断的 完善和扩展，目前仍然主导着城市轨道交通运载系统的发展方向。 这种形式下，直线电机运载系统走上了历史舞台。直线电机运载系统是采用直线 电机驱动的城市轨道交通模式。其最早开始于日本和德国对于超导和常导磁悬浮系统的 研究中。1971年德国克劳斯一马菲公司生产了第一台采用直线电机驱动的常导磁悬浮样 车。1974年日本的高速地面运输系统也采用了直线电机驱动。磁悬浮列车由于仍处于研 究阶段，没有得到普及应用。在城市轨道交通中应用的直线电机运载系统不同于磁悬浮， 仍然采用轮轨完成其支撑和导向，而利用直线电机来进行驱动，可以认为是介于磁悬浮和 重载旋转电机驱动系统的中间模式。从80年代中期加拿大多伦多Scarborough线和温哥 华skytrain线的建成通车开始，其后20多年中，直线电机运载系统在国外得到了良好的发 展，目前全世界己有5个国家共10条直线电机驱动地铁线路投入商业运营，直线电机运载 系统正在逐渐成为城市轨道交通的一种主要模式。 当前，永磁直线电机的研究也广泛展开。随着高能稀土永磁材料技术的进步，从上 世纪九十年代初期开始，陆续出现了永磁型双凸极永磁电机（DSPM)，随后，1996年和1997 年国外分别提出了两种新型的定子永磁型电机：磁通反向永磁电机（FRPM)、磁通切换永磁 电机（FSPM)，以上的三种定子永磁型电机，它们的转子结构一致，均为坚固的凸极结构，定 子绕组均采用分数槽集中绕组，不同的是永磁体安装的位置和充磁方向不同，它们运行时 产生的每相磁链波形和反电动势也不同，而FSPM电机在密度、效率和可控性等方面都占有 优势。 虽然LFSPM电机（磁通切换直线电机）具有初级永磁结构带来的性能优势，但该 类电机双凸极的结构本质使其具有定位力较高的缺点，LFSPM电机的定位力是由于永磁磁 场的存在，动子初级凸极（初级齿）和定子次级凸极（次级极）相互作用引起的。该定位力 包括两个部分，即齿槽力和边端力。考虑到多极结构的永磁直线电机的边端力比较小（实 施例中的6槽/17极的LFSPM电机的边端力甚至可以忽略不计），关于消弱和补偿永磁电 机定位力的方法，总体来说，可以分为2大类：第一类方法是从电机本体设计出发，如斜槽、 齿形修正，傅里叶算法、齿冠开槽和磁极优化等，但是针对电机本体的方法在消弱定位力的 同时，会对电机的功率输出能力、空载电势等产生影响，并且增加制造成本，在实际产业化 工程中有一定的局限性。第二类方法则通过控制策略来抑制电机定位力，提高其输出性能。 文献通过改变q轴电流对永磁同步电机理想情况下的磁槽定位力进行了补偿，并在低速运 行场合取得了一些成果，文献提出了一种通过注入相应的谐波电流从而产生附加转分量， 使其与定位力中的基波与高次谐波分量幅值相等，相位相反，可互相抵消，从而达到补偿定 位力的目的，但以上两种方法都会因为谐波电流的注入而产生额外的定位力，且谐波电流 注入过程较为繁琐。近些年，在抑制以时间t域的重复恒定周期性推力波动中得到了广泛 的研究，由于定位力在t域中属于非恒定周期信号，而LFSPM电机经常工作在非恒速状态， 显然对于以位置为周期的周期性定位力的抑制是不适合的。因此如何克服因为定力过大而 引起的LFSPM电机速度脉动的问题，成为了其作为地铁车辆所用电机的一个技术难题。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供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，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。 技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为： -种基于磁通切换直线电机的轨道交通速度脉动抑制方法，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V⑴：若V⑴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)，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； ⑵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6 1(_1)1(8)为： " Κ 2η· Krs Gr-pi(s) = + --+ -~l-7 s s' + 2wcs + w~ 其中，Kp为比例系数屯为积分系数；KK为谐振系数；w。为谐振频率;w。为低通截 止频率，s为复变量； t域重复控制器将重复控制器：首先将v；V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T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)，vMf = 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Γ1，计算?〇〇 = 7>仍，再通过kKP调节闭环系统的收敛速度得到fco , X为动子齿轴 线所在的位置；^(ΛΧ(.\·)_￡)(Λ·).ρ(.?)，H(0 = r i(.\：)，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)得到本文档来自技高网...
【技术保护点】
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)，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GR‑PI(s)为：GR-PI(s)=Kp+Kis+2wcKRss2+2wcs+wo2]]>其中，Kp为比例系数；Ki为积分系数；KR为谐振系数；wo为谐振频率；wc为低通截止频率，s为复变量；t域重复控制器将重复控制器：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e‑Ts构成重复控制器对e(s)进行重复控制，其中T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)，vref＝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kRP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；u~(x)=ξ~(x)·D(x)·Q(x),u(t)=T-1u~(x),]]>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)，vref＝y(t)；(4)vref与v的差值作为PI控制器的输入，得到q轴参考电流iqref，iqref与q轴实际电流iq的差值作为PI控制器的输入，得到q轴电压uq；d轴参考电流idref＝0与d轴实际电流id的差值作为PI控制器的输入，得到d轴参考电压ud；对uq和ud进行dq/αβ变换得到uα和uβ，以uα和uβ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ia、ib和ic；(5)对ia、ib和ic进行αβ/abc变换得到iα和iβ，对iα和iβ进行dq/αβ变换得到iq和id；以ia、ib和ic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θm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：uduq=R+pL00R+pLidiq=pΦcosΔθmsinΔθm]]>△θm＝θm(n)‑θm(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：cosΔθm(n)=cosΔθm(n-1)+TsΦ{ud(n-1)-Rid(n-1)-Lid(n)-id(n-1)Ts}]]>sinΔθm(n)=sinΔθm(n-1)+TsΦ{uq(n-1)-Riq(n-1)-Liq(n)-iq(n-1)Ts}]]>其中：n为采样点，Ts为采样时间；因此得到：△θm(n)＝tan‑1(sin△θm(n)/cos△θm(n))据此得到为LFSPM电机的位置角θm(n)为：θm(n)＝θm(n‑1)+△θm(n)(7)对θm(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xref与x相减后作为PI控制器的输入，得到...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：余海涛，孟高军，胡敏强，黄磊，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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