磁悬浮列车用到稀土永磁比例：中科院电工所科研团队提出高速磁悬浮列车牵引控制的新策略

磁悬浮列车用到稀土永磁比例：中科院电工所科研团队提出高速磁悬浮列车牵引控制的新策略图2 速度电流双闭环控制框图“高速磁悬浮列车运行在双端供电模式时，电机和馈电电缆的电感、电阻参数的摄动将会造成较为严重的电流波动，影响列车的稳定运行，”中科院电工研究所中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室、中国科学院大学的研究人员曹学谦、葛琼璇、朱进权、孙鹏琨、王晓新，在2022年第14期《电工技术学报》上撰文指出，“而传统的线性控制方法对参数摄动较为敏感，依赖于电机的估计参数。”他们在文章中分析参数摄动对电流环控制性能的影响，提出了一种基于积分滑模的电流控制策略。不同的电流、不同的工作温度以及不同的工作频率等变化也会给电机和馈电电缆的电阻、电感造成较大的摄动变化，而系统模型的建立又依赖于这些参数，所以参数摄动必然会影响系统的动静态控制性能，并且带来大量的电流谐波，造成列车牵引力波动。因此，需要对磁悬浮列车用长定子直线同步电机在双端供电模式下的高性能控制策略展开研究。高速磁悬浮列车是一个

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高速磁悬浮列车是目前世界上最快的陆上交通工具，它采用长定子直线同步电机作为牵引系统和悬浮系统，所以，对长定子直线同步电机的高性能控制是高速磁悬浮列车系统的一项核心技术。高速磁悬浮列车的牵引供电系统如图1所示，为了满足高速运行的要求，磁悬浮列车在低速时采用单端供电模式，高速时采用双端供电模式。双端供电模式相当于两端的功率模块并联给定子绕组供电，可以提供足够大的牵引力，并且降低了每台变流器单元的设计容量。

图1 磁悬浮列车的牵引供电系统

列车在定子段换步时采用了两步法，换步一侧的定子电流会降为零再增加。当磁悬浮列车运行在双端模式时，是多变量、强耦合、非线性系统。在列车高速运行时，电机参数极容易受到列车运行环境的影响。

不同的电流、不同的工作温度以及不同的工作频率等变化也会给电机和馈电电缆的电阻、电感造成较大的摄动变化，而系统模型的建立又依赖于这些参数，所以参数摄动必然会影响系统的动静态控制性能，并且带来大量的电流谐波，造成列车牵引力波动。因此，需要对磁悬浮列车用长定子直线同步电机在双端供电模式下的高性能控制策略展开研究。

高速磁悬浮列车是一个大惯量系统，电流内环的控制是电机控制的核心。对于电流环控制，要求其具有较快的响应速度和较高的鲁棒性。传统的比例积分控制虽然具有算法简单、参数易调节等优点，但是在换步时不能满足快速响应的要求，在电机参数摄动时容易产生电流谐波，存在抗扰性能和跟踪性能相矛盾的缺点，所以不能满足高性能电机控制的要求。

滑模变结构控制具有对内部参数摄动和外部扰动不敏感、鲁棒性强、动态响应快并且易于实现等优点，故在电机电流控制中有很好的应用前景。滑模变结构控制本身存在抖振的固有问题，因此，在采用滑模变结构控制进行电流环控制时，如何消除抖振也成为了控制策略的关键。

“高速磁悬浮列车运行在双端供电模式时，电机和馈电电缆的电感、电阻参数的摄动将会造成较为严重的电流波动，影响列车的稳定运行，”中科院电工研究所中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室、中国科学院大学的研究人员曹学谦、葛琼璇、朱进权、孙鹏琨、王晓新，在2022年第14期《电工技术学报》上撰文指出，“而传统的线性控制方法对参数摄动较为敏感，依赖于电机的估计参数。”他们在文章中分析参数摄动对电流环控制性能的影响，提出了一种基于积分滑模的电流控制策略。

图2 速度电流双闭环控制框图

图3 高速磁悬浮牵引半实物仿真平台

该策略将状态变量的积分项引入到滑模面中，实现简单、动态性能好，避免了高频噪声的干扰，并改进了指数趋近律以削弱抖振，使得电流的动态跟随性能和抗参数摄动性能都得到改善。研究人员最后进行了高速磁悬浮半实物系统硬件在环实验，验证了该策略可提高磁悬浮列车在定子段换步过程中的电流跟随性能，并且对电机参数摄动具有较强的鲁棒性。他们的研究成果对高速磁悬浮列车的高性能运行具有实际应用意义。

本文编自2022年第14期《电工技术学报》，论文标题为“基于积分滑模的高速磁悬浮列车牵引控制策略”。本课题得到国家重点研发计划资助项目的支持。