长定子双馈直线电机恒电功率准同步运行控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种长定子双馈直线电机恒电功率准同步运行控制方法及系统，所述控制方法包括定子侧控制和动子侧控制，其中，所述定子侧控制为定子电流标量控制，基于获取的定子电流幅值参考和定子电流频率参考，以及实时检测的定子电流反馈信息，实现对定子电流幅值和定子电流频率的控制；所述动子侧控制为基于磁场定向的动子电流矢量控制，根据实时检测的气隙间隙、动子速度和直流侧电功率，产生动子电流矢量参考以及所述定子电流幅值参考和定子电流频率参考，基于动子电流矢量参考、动子电流反馈信息和动子电流矢量角实现动子电流幅值和相位的控制。与现有技术相比，本发明专利技术具有定、动子控制之间均不需要对方磁场位置的直接信息，安全性高等优点。安全性高等优点。安全性高等优点。

【技术实现步骤摘要】
长定子双馈直线电机恒电功率准同步运行控制方法及系统


[0001]本专利技术属于电机与控制
，尤其是涉及一种长定子双馈直线电机恒电功率准同步运行控制方法，特别的是涉及一种针对磁悬浮列车应用的长定子直线电机控制方法及控制系统。

技术介绍

[0002]长定子直线电机可作为包括磁浮列车在内的轨道交通的核心驱动部件，直接决定了列车的关键性能。特别是气隙可变的动子悬浮直线电机是磁悬浮轨道交通的技术基础。其中，直线电机的控制技术是长定子直线电机系统的关键。
[0003]目前已知长定子磁悬浮用直线电机技术有长定子电励磁直线同步电机与低温超导长定子直线同步电机。其中长定子电励磁直线同步电机的动子侧采用直流励磁，通过高频通信，将动子的位置和其他信息实时传输到定子变频器，定子变频器通过调节定子励磁电流矢量实现直线电机的磁场定向控制。其要求实时的高精度的动子位置检测、传送或者估算，这将很大程度影响整个磁悬浮系统运行的可靠性、安全性及高速性能。
[0004]直线双馈直线电机也称作“交流励磁直线异步电机”，其特点是，动子侧采用可变频率的交流励磁方式，允许通过控制动子侧的供电频率和相位来满足“定子侧的不同供电状态和动子侧的运动状态变动”。这为定子与动子相互独立供电控制和解耦提供了技术基础。
[0005]目前已知的长定子直线双馈电机控制策略存在着以下不足：
[0006](1)有关文献(DOI:10.1016/S0967
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0661(02)00039
‑
4)介绍了一种双馈直线电机控制方法，该方法通过无线通信通道，将动子的位置和其他信息实时传输到定子侧变频器，其优点是可以得到更灵活的控制效果，但其继承了同步电机动子与定子控制紧耦合的缺点，必须要求实时传送动、定子之间的状态信息，定、动子之间的数据交换需求过多并且时序要求较高。该方法未涉及悬浮控制问题。
[0007](2)有关文献(DOI:10.1109/ACCESS.2019.2893399)介绍了一种双馈直线电机控制方法，其通过在动子侧进行定子磁场定向控制，独立动子运行状态，在定子侧采用固定频率、恒定电压幅值供电。其优点是定子供电控制简洁高效，但其缺点是为了适应定子频率固定引起的转差频率大范围变动，动子侧变频器的容量显著增加；而且，为了适应动子速度大范围变化，需要在动子侧配置大容量储能部件，存储动子侧充放电能量。与(1)类似，该方法也未涉及悬浮控制问题。
[0008](3)申请公开的专利技术专利(202110639986.7)中介绍了一种长定子双馈直线电机的供电控制方法，其定子侧供电控制根据外部运行速度需求，通过调节定子供电频率，完成动子速度闭环控制；动子侧供电控制根据动子侧供电功率需求给出期望转差频率,依据期望转差频率、期望悬浮力和推力需求，调节动子电流矢量，实现电流闭环、转差频率双闭环控制。其定子侧的速度闭环控制和动子侧充电功率控制间存在相互影响，较难达到两者兼顾的控制效果。
[0009]基于此，目前还缺乏一种行之有效的控制方法实现长定子双馈直线电机的牵引、气隙间隙及非接触供电三者的可靠性控制。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种长定子双馈直线电机恒电功率准同步运行控制方法及控制系统，定、动子控制之间均不需要对方磁场位置的直接信息，安全性高。
[0011]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0012]一种长定子双馈直线电机恒电功率准同步运行控制方法，适用于长定子双馈直线电机的运行控制，所述长定子双馈直线电机包括由变频变压交流供电装置分别单独供电的长定子和动子，长定子和动子非接触设置，动子通过气隙法向力悬浮运行，所述运行控制方法包括定子侧控制子方法和动子侧控制子方法，其中，
[0013]所述定子侧控制子方法采用定子电流标量控制实现，基于获取的定子电流幅值参考和定子电流频率参考，以及实时检测的定子电流检测状态，实现对定子电流幅值和定子电流频率的控制；
[0014]所述动子侧控制子方法采用基于磁场定向的动子电流矢量控制实现，根据实时检测的气隙间隙、动子速度和直流侧电功率，产生动子电流矢量参考以及所述定子电流幅值参考和定子电流频率参考，基于动子电流矢量参考、动子电流检测状态和动子电流矢量角状态实现动子电流幅值和相位的控制。
[0015]进一步地，所述磁场定向以定子电流矢量定向，或以定子电流的电枢磁场定向。
[0016]进一步地，在正交解耦的m
‑
t轴上执行所述动子电流矢量控制。
[0017]进一步地，所述动子电流矢量角状态采用基于物理的传感器检测获得，或采用估算算法估计获得。
[0018]进一步地，所述动子电流矢量参考以及定子电流幅值参考和定子电流频率参考的具体产生过程包括：
[0019]基于所述实时检测的气隙间隙、动子速度和直流侧电功率，分别对应获得法向力参考、牵引力参考和供电功率参考；
[0020]根据不同的目标要求及所述法向力参考、牵引力参考和供电功率参考，优化双馈直线电机的电流工作点；
[0021]根据优化结果获得动子电流矢量参考、定子电流幅值参考及定子电流频率参考。
[0022]进一步地，根据期望气隙间隙与所述实时检测的气隙间隙的差值，获得所述法向力参考。
[0023]进一步地，根据期望运行速度与所述实时检测的动子速度的差值获得所述牵引力参考。
[0024]进一步地，基于车载用电器和车载储能装置的性能，对动子侧供电功率进行闭环控制，获得所述供电功率参考。
[0025]进一步地，针对动子静止运行状态，该运行控制方法中，所述动子电流矢量参考以及定子电流幅值参考和定子电流频率参考的具体产生过程包括：
[0026]设置辅助法向支撑装置，为动子提供法向支撑，设定法向力参考为0；
[0027]设置辅助摩擦制动装置，为动子提供制动力，选取驱动力参考小于所述辅助摩擦制动装置所能提供的最大制动力，从而维持动子静止不动；
[0028]基于实时检测的所述直流侧电功率，获得供电功率参考；
[0029]根据上述法向力参考、驱动力参考和供电功率参考，产生动子电流矢量参考以及定子电流幅值参考和定子电流频率参考。
[0030]本专利技术还提供一种长定子双馈直线电机恒电功率准同步运行控制系统，适用于长定子双馈直线电机的运行控制，所述长定子双馈直线电机包括由变频变压交流供电装置分别单独供电的长定子和动子，长定子和动子非接触设置，动子通过气隙法向力悬浮运行，所述控制系统包括定子侧控制器和动子侧控制器，定子侧控制器与长定子的变频变压交流供电装置连接，动子侧控制器与动子的变频变压交流供电装置连接，其中，
[0031]所述定子侧控制器存储有定子侧控制程序，该定子侧控制程序被调用时执行以下操作：
[0032]基于获取的定子电流幅值参考和定子电流频率参考，以及实时检测的定子电流反馈信息，实现对定子电流幅值和定子电流频率的标量控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长定子双馈直线电机恒电功率准同步运行控制方法，适用于长定子双馈直线电机的运行控制，所述长定子双馈直线电机包括由变频变压交流供电装置分别单独供电的长定子和动子，长定子和动子非接触设置，动子通过气隙法向力悬浮运行，其特征在于，所述运行控制方法包括定子侧控制子方法和动子侧控制子方法，其中，所述定子侧控制子方法采用定子电流标量控制实现，基于获取的定子电流幅值参考和定子电流频率参考，以及实时检测的定子电流检测状态，实现对定子电流幅值和定子电流频率的控制；所述动子侧控制子方法采用基于磁场定向的动子电流矢量控制实现，根据实时检测的气隙间隙、动子速度和直流侧电功率，产生动子电流矢量参考以及所述定子电流幅值参考和定子电流频率参考，基于动子电流矢量参考、动子电流检测状态和动子电流矢量角状态实现动子电流幅值和相位的控制。2.根据权利要求1所述的长定子双馈直线电机恒电功率准同步运行控制方法，其特征在于，所述磁场定向以定子电流矢量定向，或以定子电流的电枢磁场定向。3.根据权利要求1所述的长定子双馈直线电机恒电功率准同步运行控制方法，其特征在于，在正交解耦的m
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t轴上执行所述动子电流矢量控制。4.根据权利要求1所述的长定子双馈直线电机恒电功率准同步运行控制方法，其特征在于，所述动子电流矢量角状态采用基于物理的传感器检测获得，或采用估算算法估计获得。5.根据权利要求1所述的长定子双馈直线电机恒电功率准同步运行控制方法，其特征在于，所述动子电流矢量参考以及定子电流幅值参考和定子电流频率参考的具体产生过程包括：基于所述实时检测的气隙间隙、动子速度和直流侧电功率，分别对应获得法向力参考、牵引力参考和供电功率参考；根据不同的目标要求及所述法向力参考、牵引力参考和供电功率参考，优化双馈直线电机的电流工作点；根据优化结果获得动子电流矢量参考、定子电流幅值参考及定子电流频率参考。6.根据权利要求5所述的长定子双馈直线电机恒电功率准同步运行控制方法，其特征在于，根据期望气隙间隙与所述实时检测的气隙间隙的差值，获得所述法向力参考。7.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟再敏，王业勤，邵仲书，王修森，任举，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：