[发明专利]一种高速列车异步牵引电机方波单环弱磁控制方法

权利要求书

1.一种高速列车异步牵引电机方波单环弱磁控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据直流侧母线电压确定逆变器可输出最大电压U_smax；

步骤2，在同步坐标系下，当异步牵引电机未进入方波工况时，异步电机的d轴电压u_sd＝u_sd1，q轴电压u_sq＝u_sq1，当异步牵引电机进入方波工况后，d轴电压u_sd＝u_sd1，q轴电压

步骤3，将q轴电流误差通过弱磁PI控制器调节转子磁链大小，并通过简化q轴电流开环传递函数以设计该弱磁PI调节器；

步骤3中，所述弱磁PI调节器的设计方法：

(1)根据d轴电流和q轴电流的关系表达式得出定子电流d轴分量和定子电流q轴分量的开环传递函数；

所述d轴电流和q轴电流的关系表达式为：

所述开环传递函数的表达式为：

式中，R_s为异步牵引电机定子电阻，k_p3和k_i3为弱磁PI调节器的参数，s为微分算子，ω_e为异步牵引电机定子角频率，L_s为异步牵引电机定子电感，σ为漏感系数，T_d为时间常数，大小根据实际异步牵引电机平台延时和控制器带宽确定；

(2)令1+sT_d≈sT_d，将开环传递函数简化为：

其中，τ＝k_p3/k_i3；

(3)采用三阶最佳设计法获得弱磁PI调节器的参数为：

所述弱磁PI调节器的输入为q轴电流的指令值与实际值的差值，输出为弱磁量Δψ_r，根据弱磁PI调节器的输入得到弱磁量Δψ_r，如式(9)所示：

q轴电流的指令值根据转矩指令T_e计算得到，d轴电流的指令值由当前转子磁链ψ_r计算得到；式(9)得到的弱磁量Δψ_r用于调节当前转子磁链ψ_r，从而调节d轴电流的指令值进而实现q轴电流的调节，使q轴电流的实际值与指令值一致，完成输出转矩的控制；

步骤4，根据切换控制策略，实现异步牵引电机的双电流环矢量控制和方波单环弱磁控制的平滑切换；通过判断q轴电压u_sq1和的大小确定是否进入方波弱磁控制：当时，采用双电流环矢量控制策略；当时，采用方波单环弱磁控制策略；同时，当时，使能弱磁PI调节器，保证q轴电流的跟踪响应能力。

2.根据权利要求1所述的高速列车异步牵引电机方波单环弱磁控制方法，其特征在于：步骤1中，在方波工况下，逆变器可输出最大电压为：

公式(1)中，U_dc为直流侧母线电压；

所述直流侧母线电压U_dc通过AD采样得到。

3.根据权利要求1所述的高速列车异步牵引电机方波单环弱磁控制方法，其特征在于：步骤2中，当异步牵引电机进入方波工况后，计算电压指令部分，q轴电压不再依赖q轴电流环，只保留d轴电流环；此时，q轴电压u_sq通过d轴电压u_sd和逆变器可输出最大电压U_smax计算得到。