干线牵引电机车多电机驱动控制策略的研究与仿真(3)
1.2 课题设计概述
牵引电机车是铁路运输货物的重要工具。早期的牵引机车多采用直流电气驱动，但是直流电机由于文护费用较高，采用交流电机驱动成为发展的趋势。 在干线电机车牵引系统中，为了节约成本，往往采用多电机驱动控制系统，本课题要求学生在理解矢量控制或者直接转矩控制及矢量坐标变换方法的基础上，采用MATLAB/SIMULINK仿真工具，建立牵引机车的控制系统的仿真模型，并对仿真中的关键问题及系统的仿真结果进行分析研究，为实际系统的设计提供理论依据及必要的设计参数。
基于上述原因，以“干线牵引电机车多电机驱动控制策略的研究与仿真”作为毕业设计课题。本课题设计主要做了如下的设计工作：
1.SVPWM的基本原理
2.坐标变换仿真模型
3.磁场定向及仿真研究
4.窄轨电机车的模型
5.矢量控制系统的结构及模型，系统仿真结果及分析
1.3 课题设计方案选择
本课题采用MATLAB/SIMULINK仿真工具，建立牵引机车的控制系统的仿真模型，并对仿真中的关键问题及系统的仿真结果进行分析研究。
1.4 牵引电机发展前景
在电力电子技术发展之前，由于直流电动机可以方便地实现电机的无级调速，控制简单，具有良好的动态性能，几乎在电气传动领域占垄断地位。然而由于直流电存在一些无法克服的固有缺点：结构复杂、重量大、价格高、电刷易磨损、文修不方便、对环境要求高等，大大增加了系统造价和文护成本，限制了直流电动机的应用。而此时的交流变频困难，造价偏高，且同步电动机调速几乎完全依赖于变频，故传统交流调速只限于感应电动机的变级、变压、转子回路串电阻等有级调速方式，难以达到直流调速的控制效果。
现代电力电子技术的不断发展对交流电机的广泛应用起到了巨大的推动作用，尤其是在电力电子器件、变流技术和控制技术方面。电力电子技术、微电子技术以及现代控制理论、智能控制理论的发展为交流调速产品的开发创造了有利条件，使交流调速逐步具备了低成本、宽调速范围、高速度控制精度、良好的动态响应以及四相限运行等技术性能。交流驱动系统已经逐渐取代直流驱动，在调速领域和伺服领域逐步占据主导地位。
目前矢量控制和直接转矩控制作为当前两种主要的交流电动机变频调速传动控制策略，在实际中得到广泛的应用，国外很多著名的厂商都推出了对应的变频控制产品，如SIEMENS、ABB公司等。矢量控制采用坐标变换和解耦简化交流电动机的数学模型，通过控制电流和磁链的方式来间接控制电动机的电磁转矩，计算相对复杂，转矩的动态响应不够理想；而直接转矩控制策略强调的是转矩直接控制，通过转矩的两点式调节器把转矩检测值与转矩给定值进行滞环的比较，把转矩的波动限制在一定的范围内，这种控制方式也应用到磁链的控制中。
作为一门新兴的理论和技术，直接转矩控制技术相对于矢量控制技术具有转矩快速响应、鲁棒性好、计算简单明了等优点，自诞生以来就受到广大学者和工程人员的青睐，在理论研究和实际工程应用中不断有新的研究和应用成果出现。
与直流电机相比，交流电动机是多变量，强耦和的非线形系统，要实现良好的转矩控制非常困难。20世纪70年代德国工程师F.Blaschke首先提出异步电动机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。1985年，德国的Depenbrock教授提出了异步电动机直接转矩控制方法。近年来，矢量控制和直接转矩控制技术不断发展，且有各自不同的应用领域。随着现代控制理论和电子技术的发展，各种控制方法和器件不断出现。
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