地铁永磁牵引系统复矢量电流控制稳定性分析

"地铁永磁牵引系统复矢量电流环稳定性研究" 本文主要探讨的是地铁永磁牵引系统中内置式永磁同步电机（IPMSM）的复矢量电流环稳定性问题。IPMSM因其高效能、快速响应和低转矩脉动等优势，在轨道交通中得到广泛应用。然而，电机的非线性和强耦合特性导致dq轴系下的数学模型存在交叉耦合项，随着电机转速增加，这种耦合影响加剧，影响控制性能。 为了解决这一问题，研究者提出使用复矢量分析方法来建模IPMSM及其电流控制环，并利用零极点对消原理设计复矢量电流调节器。通过引入与电机转速相关的复零点，可以抵消电机模型中的复极点耦合项，从而实现定子电流励磁分量和转矩分量的有效解耦，改进电流环的耦合特性。 地铁永磁牵引系统有其独特性，包括大功率牵引变流器、低开关频率、特殊的PWM技术、复杂的电机运行工况和广泛的变频范围等。这些因素对系统的稳定性和效率提出了高要求。尤其是低开关频率会导致延时效应加剧，影响电流环的解耦性能，可能破坏系统稳定性。 针对这一挑战，一些文献通过同步旋转坐标系下的闭环传递函数分析，研究了数字控制延时对稳定性的影响，并提出角度补偿方法。另一些研究则在离散域建立电机模型，设计复矢量PI电流调节器，考虑信号采样延迟和PWM发波延迟，实现高速条件下的d轴和q轴电流分量解耦，优化低载波比条件下的IPMSM控制性能。 尽管已有研究取得了一定进展，但它们并未充分考虑地铁永磁牵引系统特有的低载波比和变速带载工况。因此，本文旨在深入研究这些条件对IPMSM复矢量电流控制器稳定性的具体影响，并确定稳定性边界条件。文章分为三个部分：首先，建立基于复矢量电流控制器的IPMSM电流环闭环传递函数；其次，分析数字延时对系统稳定性的影响，给出稳定性边界；最后，通过对永磁同步电机的线性化分析，进一步探讨实际应用中的稳定性问题。这样的研究有助于优化地铁永磁牵引系统的控制策略，提高其在各种工况下的运行效率和稳定性。