趙楊

（西門子交通技術(shù)（北京）有限公司上海分公司，上海200082）

1 引言

由于我國對地鐵車輛牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)的研究相對較晚，且研究基礎(chǔ)較差，因此，研究效果并不理想。與此同時(shí)，國外的企業(yè)對于地鐵車輛相關(guān)技術(shù)的壟斷，導(dǎo)致我國對地鐵車輛牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)的研究受到阻礙?；诖?，為了能夠有效推進(jìn)我國地鐵的建設(shè)與發(fā)展，就需要對牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究，從而提升我國地鐵車輛的性能。

2 地鐵車輛牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)發(fā)展

20世紀(jì)60年代，我國建設(shè)了第一條地鐵，隨著時(shí)間的推移，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，我國地鐵軌道也快速發(fā)展，取得較大成果?，F(xiàn)階段，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，在運(yùn)營的地鐵線路已超過70條線路，且有多條線路仍在建設(shè)當(dāng)中。與此同時(shí)，我國在世界地鐵建設(shè)中排名第三，并且我國政府也特別重視地鐵車輛的建設(shè)與發(fā)展，制定了多種相關(guān)的發(fā)展政策，促使我國地鐵的快速建設(shè)與發(fā)展[1]。

在地鐵建設(shè)過程中，始終存在一個(gè)阻礙我國地鐵建設(shè)發(fā)展的問題，就是牽引傳動(dòng)系統(tǒng)控制，此項(xiàng)技術(shù)被國外公司所壟斷，因此，一定程度上抑制了我國地鐵的發(fā)展?？陀^角度來講，地鐵牽引傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)較為綜合的系統(tǒng)，融合了多個(gè)學(xué)科、涉及多個(gè)領(lǐng)域，如電力電子、微機(jī)等多項(xiàng)技術(shù)。通常情況下，構(gòu)成牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)的裝備包含4種：（1）牽引變流器；（2）網(wǎng)絡(luò)通信控制器；（3）監(jiān)控裝置；（4）牽引電機(jī)，此技術(shù)水平的高低，能夠直接影響地鐵車輛的裝備技術(shù)水平。隨著時(shí)間的推移，我國地鐵車輛裝備制造技術(shù)能力已經(jīng)有所提升，同時(shí)具有一定的生產(chǎn)能力，能夠自主生產(chǎn)部分地鐵車輛裝備，但是其中最為關(guān)鍵的牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)，仍然掌握在國外公司，一定程度上對我國牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生了阻礙作用。地鐵車輛中的電傳動(dòng)系統(tǒng)能夠在地鐵運(yùn)行過程中，對車輛運(yùn)行的安全性以及可靠性產(chǎn)生重要影響，因此，在地鐵車輛建設(shè)發(fā)展時(shí)，需要注意牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)的重要地位，保障其穩(wěn)定性以及安全性，從而促使地鐵車輛的正常運(yùn)行。但是此關(guān)鍵技術(shù)卻被國外的公司壟斷，由此導(dǎo)致我國地鐵在建設(shè)以及維修的過程中，都具有高成本的特點(diǎn)，進(jìn)而阻礙我國實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)地鐵的目標(biāo)[2]。

3 低開關(guān)頻率下牽引電機(jī)離散轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型

在牽引電機(jī)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，最為關(guān)鍵的就是散轉(zhuǎn)子磁鏈觀測，能夠直接影響牽引電機(jī)的電流信號傳輸，進(jìn)而嚴(yán)格控制牽引電機(jī)轉(zhuǎn)矩正常運(yùn)轉(zhuǎn)。基于現(xiàn)代微處理器控制，在對牽引電機(jī)連續(xù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化過程進(jìn)行采樣時(shí)，通常會(huì)采取離散化的方法。另外，在觀測轉(zhuǎn)子磁鏈時(shí)，很可能還會(huì)借助離散方法以及離散迭代計(jì)算周期的方法。如果離散精度降低，轉(zhuǎn)子磁鏈觀測結(jié)果就會(huì)失去準(zhǔn)確性，進(jìn)而對電機(jī)控制的性能產(chǎn)生不利影響[3]。

3.1 低開關(guān)頻率下離散轉(zhuǎn)子磁鏈觀測存在的不足

牽引電機(jī)在全速運(yùn)行狀態(tài)下，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子磁鏈離散化模型，能夠有效保障電機(jī)的穩(wěn)定收斂狀態(tài)，同時(shí)，還具備有穩(wěn)定的離散精度。但是在此種狀態(tài)下，對于微處理器具有較高要求，需要微處理器能夠始終保持高頻率，進(jìn)行迭代計(jì)算。針對牽引變流器具有地開關(guān)頻率的特性、微處理器的計(jì)算方法、系統(tǒng)控制時(shí)序，都需要能夠充分滿足相關(guān)的要求，但是通常情況下，磁鏈模型的迭代計(jì)算頻率卻相對較低，大概為開關(guān)頻率的2倍，因此，計(jì)算的需求就不能夠充分滿足實(shí)際的需求，由此，矛盾逐漸突出。

3.2 轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型離散化設(shè)計(jì)

通常情況下，在對轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型進(jìn)行離散化設(shè)計(jì)的過程中分為2種情況：（1）連續(xù)域離散化設(shè)計(jì)；（2）直接數(shù)字域設(shè)計(jì)。在采用連續(xù)域離散化設(shè)計(jì)方式過程中，通俗來講，就是采用連續(xù)域設(shè)計(jì)方式，對連續(xù)域控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而保障控制器能夠充分滿足人們的需求，并且還可以借助連續(xù)域控制器進(jìn)行離散化，從而使得轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型能夠?qū)崿F(xiàn)離散目標(biāo)。通常而言，此種方法的離散過程相對較為簡單便捷[4]。

而在采用直接數(shù)字域?qū)D(zhuǎn)子磁鏈觀測模型進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，首先，要在離散域內(nèi)，建立能夠被控的離散模型對象，然后，根據(jù)建立的模型，在此區(qū)域內(nèi)，設(shè)計(jì)直接數(shù)字域控制器。目前，連續(xù)域離散化設(shè)計(jì)方式應(yīng)用較為廣泛，具有豐富的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)，并且設(shè)計(jì)應(yīng)用也相對較為成熟。但是，直接離散域設(shè)計(jì)理論卻相對較為復(fù)雜，且不具備完善的設(shè)計(jì)理念等多種原因，因此，在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型的過程中，應(yīng)用直接數(shù)字域設(shè)計(jì)方式較少?；诖?，我國在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型離散化過程中，通常會(huì)選用連續(xù)域離散化設(shè)計(jì)方法。

3.3 高速區(qū)穩(wěn)定及相位補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)設(shè)計(jì)

由于連續(xù)域離散化設(shè)計(jì)方式也具有一定的局限性，且其中存在的問題日益突出。因此，為了能夠有效提高并照顧微處理器計(jì)算量小的特點(diǎn)，就需要對離散轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器進(jìn)行改進(jìn)，由此，形成了高速區(qū)穩(wěn)定及相位補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)型離散轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器。為了保障離散轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型進(jìn)行離散過程中，能夠有效降低誤差，就需要適當(dāng)對離散轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型進(jìn)行改進(jìn)，基于此，當(dāng)?shù)?jì)算周期為0.2ms時(shí)，那么離散轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型離散誤差就會(huì)小于1%，而當(dāng)?shù)?jì)算周期取值小于1ms時(shí)，誤差則會(huì)約為4%，由此可見，此模型同連續(xù)域離散化模型進(jìn)行比較，計(jì)算結(jié)果的誤差有明顯降低。出現(xiàn)此種情況的最主要原因就是，高速區(qū)穩(wěn)定及相位補(bǔ)償在一定程度上對離散轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器中存在的問題進(jìn)行了合理改善，如高速觀測轉(zhuǎn)子磁療發(fā)散不易收斂的問題，以及相位過于落后的問題，都有適當(dāng)改善，進(jìn)而最大程度上對離散誤差進(jìn)行合理降低，將其控制在最小化，同時(shí)，還能夠充分滿足微處理器計(jì)算量過小的特點(diǎn)[5]。

4 結(jié)語

牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)是地鐵車輛準(zhǔn)備中最為關(guān)鍵的核心技術(shù)，且具有一定的復(fù)雜性和綜合性。且此系統(tǒng)對于穩(wěn)定性以及可靠性具有較高的要求，需要相關(guān)的技術(shù)人員進(jìn)行不斷的實(shí)踐研究，進(jìn)而促進(jìn)牽引電傳動(dòng)系統(tǒng)的完善，使其整體設(shè)計(jì)水平能夠得到飛速提升，進(jìn)而保障地鐵車輛的整體性能，促進(jìn)我國地鐵的建設(shè)與發(fā)展，推進(jìn)我國實(shí)現(xiàn)全面地鐵城市的目標(biāo)。