车辆电气牵引系统控制研究

程超，罗啸，欧彦汐

（吉利学院，四川 成都 641402）

随着车辆智能控制技术的发展，进一步提高车辆电气牵引系统控制的稳定性和输出可靠性，采用电机和电气功率参数分析的方法，建立车辆电气牵引系统控制的磁力损耗参数分析模型，结合模糊度特征匹配技术，实现车辆电气牵引系统控制，提高车辆的电力驱动和传动控制能力，相关的车辆电气牵引系统控制方法研究具有重要意义[1]。车辆电气牵引系统控制过程是一种多变量、非线性的控制过程，通过磁力损耗参数分析，建立PID控制律，结合强耦合的过程控制方法，采用阻尼控制，实现车辆电气牵引系统控制，但传统方法进行车辆电气牵引系统控制的稳定性不好[2]，对此，本文提出基于同步磁阻电机阻抗调节的车辆电气牵引系统控制方法。首先采用铁损电阻在线辨识的方法，建立车辆电气牵引系统控制的参数分析模型，求解铁损电阻的参数信息，建立车辆电气牵引系统的电机数学模型，根据参数自适应调节结果，实现车辆电气牵引系统控制律优化设计。最后进行实验测试展示其优越性。

1 控制模型对象和参数分析

为了实现车辆电气牵引系统控制，采用基于扩展卡尔曼滤波控制方法进行车辆电气牵引系统的参数设计，运用变系数多项式控制方法，进行车辆电气牵引系统控制的参数解析，求解车辆IGBT的电流载荷[3]，车辆电气牵引的辐射磁矩可以表示为：

其中，ω为车辆电气牵引系统控制串联阀系统参数，M˙为车辆牵引的力矩参数，R为电气系统的阻抗，θ为吊挂载荷摆角，K为惯性力矩，j为自由度，使用非线性控制器，车辆电气牵引系统的单质点吊挂载荷控制目标函数为：

结合上、下桥臂和阀基控制，在车辆电气牵引的永磁无刷直流电机机组中，MMC中换流桥臂的电磁耦合模值为：

其中，χ表示旁路晶闸管的配置惯性参数，引入桥臂电抗器的可靠度函数，得到车辆电气牵引系统的永磁无刷直流轴向相移为：

考虑到车辆电气牵引系统控制的漏磁系数k1，得到车辆电气牵引系统控制的过程传动模型，引入电机模型，得到传动控制的励磁电感电流为：

其中，μ表示励磁电感电流传递系数，e－χ表示转子定向参数，引入转差频率检测模型，得到了车辆电气牵引的几何参数模型，通过磁链和转矩的耦合控制方法，建立车辆电气牵引系统的稳态分析模型，在牵引控制模型中，把牵引控制区域分为三个区域，计算转子电阻和转子漏感，得到全磁场矢量为：

在磁链控制满足收敛条件的情况下，得到输出的转矩参数是一定的，对磁链和转矩的控制出现了耦合，为了使得电感达到最小，计算稳态时转子磁链，得到励磁电感电流观测参数，计算控制系统的电枢反应和定／转子铁芯磁阻，通过励磁电感电流，可以估算为：

其中，μ0为滑模控制量，h为滤波传递函数，α为坐标轴分量，当时，Hrc＝0。采用串并联方法建立子模块，对垂直磁偶极子辐射反射磁场的径向分量进行特征分解，直至串联阀组中子模块旁路数输出最小，使得牵引系统的转矩最小化，计算桥臂电抗器的可靠度参数，得到假设电机的永磁体剩余磁密 Br，通过 k／n（G）模型来计算磁密，由此，建立车辆电气牵引系统控制的MMC物理结构可靠性分析模型，根据车辆电气牵引系统控制参数解析，进行车辆电气牵引系统控制过程优化设计[4]。

2 车辆电气牵引系统控制律优化设计

建立车辆电气牵引系统的稳态分析模型，通过系统的稳态及动态性能，实现同步磁阻电机阻抗调节，构建车辆电气牵引整个桥臂的可靠性分析模型，依据车辆电气牵引桥臂分布，考虑电流载荷影响，得到电磁转矩计算式表达为：

上式中，x为车辆电气牵引桥臂的载荷分量，M为车辆电气牵引桥臂的电机电磁转矩，r为车辆电气牵引桥臂的漏磁系数，K为电流载荷的实时变化损耗，z为非正弦磁密，车辆牵引控制系统的磁矩M和系统的工作频率ω成反比关系，由此得到MMC交流侧电流的N个随机样本，令：

其中，Po为功率变化的实时参数，Msr为不断变化的电流载荷，得到车辆电气牵引系统控制在最大功率传输目标下的互感值为：

其中，Rp表示滑模等效控制量为饱和参数，计算下标α、β表示对应的坐标轴分量。根据上述模型及算法设计，引入解耦补偿方案，得到励磁电感电流的观测结果，计算定子电流误差项，在电－气综合能源系统电力侧的直驱控制下，建立信息节点的耦合关系分析模型，得到电动汽车有序充放电PVDCO直流侧输出表达式分别为：

其中，N为整个系统的设备控制参数分布序列长度，即1024；ti为第i个车辆电气牵引系统控制采样时刻点的时间序列长度；；yi为第 i个采样值；oi和oi′分别为车辆电气牵引系统控制的部采样值均值，表示线路ik电流幅值平方，在N个发电单元串联机构中，得到纳维叶-斯托克斯动量参数估计值y′，计算车辆电气牵引桥臂的动力电控制参数，得到符号参数值根据上述模型设计，构建运行模型通过充放电过程参数，根据参数自适应调节结果，实现车辆电气牵引系统控制律优化设计。

3 实验测试分析

为了验证本文方法在实现车辆电气牵引系统控制的实际应用效能，进行了实验测试分析，设定车辆电气牵引的负荷量为1278KN．s，牵引控制的持续时间段数为16，电气牵引测试节点的参数配置见表1。

表1 电气牵引测试节点的参数配置

根据表1的参数配置，进行车辆电气牵引系统控制，得到控制阶跃指令分布曲线如图1所示。

图1 控制阶跃指令分布曲线

根据控制指令参数输入，建立车辆电气牵引系统的稳态分析模型，进行系统的稳态及动态性能分析，得到控制性能参数见表2。

表2 控制性能参数解析结果

测试点 功率增益／d B损耗／K W力矩／K N．m输出功率／K W测试点 6 1 2 5 3 2．1 3 1 8 4 1 6．1 0 7 1 1 6 7 0．3 0 6 5 2 3 6．1 9测试点 7 1 3 2 2 4．7 4 0 1 4 9 9．2 6 2 4 1 6 6 7．7 5 4 7 2 4 0．5 2测试点 8 1 3 3 3 1．8 4 5 7 4 3 0．6 3 5 8 1 6 2 7．6 6 7 6 2 7 2．3 7测试点 9 1 3 2 4 2．1 0 7 6 4 7 9．8 0 0 9 1 6 3 8．4 1 7 6 2 1 8．0 2测试点 1 0 1 2 4 0 2．3 7 0 7 4 4 2．5 9 6 0 1 6 2 1．2 9 2 3 2 1 0．2 3测试点 1 1 1 3 2 5 8．1 5 9 7 4 5 2．6 3 8 4 1 6 4 5．9 6 9 2 2 6 6．9 5测试点 1 2 1 3 3 3 9．3 0 7 8 4 9 0．5 8 5 2 1 6 2 6．6 6 4 1 2 6 3．8 3测试点 1 3 1 3 0 0 0．8 4 1 2 4 2 2．7 7 4 4 1 6 3 9．2 2 1 4 2 8 8．9 6测试点 1 4 1 2 4 9 2．0 8 6 5 4 5 7．6 1 1 2 1 6 6 0．3 9 8 3 2 7 2．2 5

分析表2得知，本文方法进行车辆电气牵引系统控制的自适应性能较好，参数稳态调节能力较强，测试控制收敛性，对比结果如图2所示。

图2 收敛性测试对比

分析图2得知，本文方法进行车辆电气牵引系统控制的收敛性较好。

4 结论

本文建立了车辆电气牵引系统控制的磁力损耗参数分析模型，结合模糊度特征匹配技术来实现车辆电气牵引系统控制，提高车辆的电力驱动和传动控制能力。提出基于同步磁阻电机阻抗调节的车辆电气牵引系统控制方法，从而实现车辆电气牵引系统控制律优化设计。通过分析得知，本文的方法收敛性较好，提高了车辆电气牵引系统的稳态工况能力。