模型预测控制在车网低频振荡抑制的应用研究

发布时间：2021-02-14 07:03

　　牵引网-机车耦合系统低频振荡过电压问题频繁出现,严重影响铁路的安全稳定运行,因此亟待对其产生机制和抑制措施展开研究。由于动车组或电力机车脉冲整流器控制策略是影响低频振荡的关键因素,本文以振荡抑制为主要目标,结合模型预测控制在电力变流器控制方面的优势,首先设计了基于优化求解的模型预测控制,实现了机车更好的控制性能。随后设计了基于扩张状态观测器的模型预测控制,进一步提高了系统鲁棒性。并搭建了仿真和实验平台,对所提算法的控制性能及对低频振荡的抑制能力进行了仿真和实验验证。首先,基于降阶原理及多导体传输线参数搭建牵引网降阶仿真模型。基于动车组牵引传动系统等效电路,推导出dq坐标系下动车组单相整流器数学模型。其次搭建RTLAB仿真平台及dSPACE半实物实验平台,基于牵引网-机车仿真模型及传统电流解耦控制再现了低频振荡现象,为下文与所提算法的对比分析创造了模型和实验条件。为了提高机车控制性能,基于dq坐标系下的单相整流器数学模型,推导出牵引变流器电流预测模型,并引入两步预测控制来消除延时误差。定义电流预测值与其参考值误差及控制电压变化量构建性能函数,通过对性能函数微分求解得到电压变化量,结合当前... 

【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 车网低频振荡机理研究
        1.2.2 车网低频振荡抑制措施
        1.2.3 整流器模型预测控制研究
        1.2.4 状态观测器研究
    1.3 本文的主要工作
第2章 车网系统模型及仿真实验平台
    2.1 引言
        2.1.1 牵引网降阶模型
        2.1.2 电力机车数学模型
        2.1.3 传统电流解耦控制原理
        2.1.4 单个牵引传动系统仿真模型
    2.2 仿真及实验平台
        2.2.1 电流解耦控制在MATLAB的低频振荡波形
        2.2.2 RTLAB平台搭建
        2.2.3 电流解耦控制在RTLAB平台上的的低频振荡波形
        2.2.4 dSPACE平台搭建
        2.2.5 电流解耦控制在dSPACE平台上的的低频振荡波形
    2.3 本章小结
第3章 基于优化求解的模型预测控制
    3.1 引言
    3.2 基于优化求解的模型预测控制
        3.2.1 脉冲整流器预测模型
        3.2.2 优化函数最优求解
    3.3 MTALAB仿真验证
        3.3.1 三种控制的动态和静态性能比较
        3.3.2 电流跟踪效果
        3.3.3 多车仿真
        3.3.4 参数敏感度分析
    3.4 实验验证
        3.4.1 RTLAB全数字在线仿真验证
        3.4.2 dSPACE半实物实验验证
    3.5 本章小结
第4章 基于状态观测器的模型预测控制
    4.1 引言
    4.2 基于扩张状态观测器的模型预测控制
        4.2.1 计及参数误差的电流预测控制
        4.2.2 扩张状态观测器的设计
        4.2.3 稳定性分析
    4.3 MATLAB仿真验证
        4.3.1 三种控制的动态和静态性能比较
        4.3.2 状态观测器性能分析
        4.3.3 多车仿真
        4.3.4 参数分析
    4.4 实验验证
        4.4.1 RTLAB全数字在线仿真验证
        4.4.2 dSPACE半实物实验验证
    4.5 本章小结
结论与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果



本文编号：3033314