城市轨道车辆电机控制系统仿真

摘 要：三相异步电机作为城市轨道车辆电力驱動的重要部件，它的性能直接影响到整个车辆的运行品质。文章首先深入研究了矢量控制的原理，思路的演变过程，通过坐标变换和控制器的构建，坐标变换模块，转子磁链模块，电流调节模块，利用搭建了一个异步电动机矢量控制系统，通过MATLAB的simulink软件仿真了矢量控制的动态性能。通过仿真研究，从而深入的了解交流异步电机模型及在矢量控制下的各种静态及动态性能。

关键词：异步电动机；矢量控制；仿真

引言

由于车辆是城市轨道交通最重要，也是最关键的设备，其中电力传动系统则是车辆动力系统的重要部件，它涉及电力电子，电机，计算机控制等多个领域，电力传动系统的先进技术水平也体现了车辆设备的高新技术含量。在近代的轨道交通发展中，交流传动车辆逐步取代直流传动车辆是当前国内外轨道车辆的发展方向。它的性能直接影响到整个车辆的运行品质，所以必须对城市轨道车辆交流异步电机及其调速系统进行深入地分析。

矢量控制技术已成为高性能变频调速系统的首选方案，通过国内外对交流异步电机的矢量控制技术的长时间研究和探索，我们可以对交流异步电机的构造及其控制方法有了全面而系统的了解，矢量控制理论完全能够满足国民经济发展对交流调速系统提出的宽调速范围，快速响应性能，高精度和稳定性的要求，本文进而通过分析与仿真的方法来改进其控制方法与电力牵引系统，最终达到了提升轨道交通车辆运行品质，使其更快速，更安全，更舒适，让乘客满意的目标。

1 异步电动机矢量控制

1.1 异步电机矢量控制基本原理

2 三相异步电机矢量控制系统的实现

2.1 三相异步电机矢量控制系统的实现方式

矢量控制的方式主要有两种：有速度传感器和无速度传感器的矢量控制。本文中采用的是带速度传感器的矢量控制方式。基于转子磁链定向的系统框图如图1所示。

系统采用的是带速度传感器的基于转子磁场定向的矢量控制理论，控制结构上采用速度和电流双闭环控制系统。控制系统根据转子磁链观测器进行转子磁链的观测，通过检测定子电流，并经过三相坐标系到转子磁场定向的两相同步旋转坐标系的变换，得到在d-q坐标系上电机定子电流的转矩分量和励磁分量，定子电流的转矩分量和励磁分量通过各自的控制器输出，并通过两相同步旋转坐标系变换到两相静止坐标系，再利用电压空间矢量法（svPWM）来控制脉宽并驱动逆变器进行工作。

2.2 PI控制器设计

矢量控制系统中反馈环节采用了PI控制器，Pl控制器包括比例环节和积分环节两个部分。比例环节的引入是为了及时成比例地反映控制系统的偏差信号，以最快速度产生控制作用，使偏差向减小的方向变化。比例系数凡，变大，稳态误差减小；同时动态性能变差，振荡比较严重，超调量增大。积分作用的引入主要是为了保证实际输出值在稳态时对设定值之间的无静差跟踪。

4 结束语

本论文详细介绍了矢量控制的原理及相关知识；然后，本文采用控制器构建了一个异步电动机矢量控制系统，通过以上做的大量仿真结果表明带转矩闭环的感应电动机矢量控制系统的输出定子电流is_abc（A）、转矩Te（N.m）和转速（rad/s）的变化基本能跟随给定的转速？棕*（rad/s）和负载转矩TL（N.m）的变化而变化，但也从中看出存在着不同程度的扰动影响。实验证明矢量控制是有效提高异步电动机运行的有效手段之一。

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作者简介：董力群，南车集团青岛四方机车车辆有限公司技术工程部，高级工程师，研究方向：高速动车组电气工艺。

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