基于切换LPV理论的高速动车电机鲁棒控制研究

Rail transportation equipment manufacturing industry is a strategic industry of the national key support. The traction and control technology of the most core technology is put forward higher requirements with its high development. Emu motors exit time-varying features and switching characteristics in the operation of the traction when speed range change widely. Based on the theory of switching LPV systems, high-speed EMU motor robust control is studied. Considering the parameters section, change rate and relationship between parameters and performance of the system, the project put forward strong tracking filtering delay and multiple model estimation method to identify parameters value. After the values of the parameters identified is introduced into dynamic linear parameter varying Emu motor model, linear parameter varying switching controller is designed. Meanwhile, a linear parameter varying fault model is put forward and active fault tolerant control technology is adopted to maintain the system safe operation while failure occur in the motor.Finally, the inverter space vector pulse width modulation algorithm is optimized. Research subject provides theory support to realize the emu traction drive system of high performance and high precision operation. The project of independent innovation of China railway high-speed train traction drive control has important theoretical significance and engineering application value.

轨道交通装备制造业是国家重点扶持的战略性行业，轨道交通的高速发展对其最核心的牵引传动控制技术，提出了更高的要求。 动车组电机在牵引运行中，转速大范围变化，存在时变非线性和切换特性。本项目研究基于切换LPV理论的高速动车电机鲁棒控制。考虑参数分段及参数变化率，通过探明参数变化与系统性能间的关系，提出采用强跟踪延迟滤波和多模型估计方法辨识参数变化值；利用辨识后的参数值构造动车电机线性变参数模型，设计出切换线性变参数控制器；同时，在电机发生故障时，建立线性变参数故障模型，采用主动容错控制技术，维持系统的安全运转；最后，优化逆变器的脉宽调制算法。为最终实现动车组牵引传动系统的高性能和高精度运行，提供理论技术支持。 本项目对我国高铁牵引传动控制自主创新有着重要理论意义和工程应用价值。

针对目前牵引电机控制系统存在的时变非线性，扩展切换系统的研究领域，结合切换系统和LPV系统，研究切换LPV系统；在此基础上，针对动车牵引这一类典型的切换系统，建立动车牵引电机的切换LPV模型；将切换LPV系统理论应用于动车牵引系统，并初步完成该系统的切换LPV控制及LPV容错控制，以克服牵引系统参数大范围变化和负载转矩突变时性能下降等问题。主要内容及取得的相关成果：.1.切换LPV系统稳定性分析与控制研究.（1）.基于耗散和驻留时间的离散切换系统及其H_∞耗散控制策略的研究。.（2）.线性系统在控制器失效及其在失效情况下的冗余度控制策略研究。.（3）.切换大系统及其可达集问题的研究。重点计算出可达集的范围，判断系统安全性。 .2.动车电机滑模磁链观测器设计. 针对传统转子磁链观测器模型对定子电阻、转子电阻变化敏感的问题，设计了一种基于滑模理论的新的转子磁链观测器，通过与传统观测模型的对比，验证了这种四阶闭环观测器的良好性能。.3.动车电机的切换LPV系统建模与控制研究. 研究动车电机系统不确定性和干扰对电机数学模型的影响，综合考虑多个时变参数问题，并已建立动车牵引感应电机切换LPV模型，客观的反映电机运行时的非线性特性。根据变量的耦合强弱关系，可将电机控制系统分为多个切换子系统。设计基于MADT的切换律构成电机LPV切换系统，满足系统的动态性能。.4.动车并联电机协同控制系统研究. 釆用切换控制来使系统轨迹趋近滑行面，定义一个连续的动态过程向流形趋近，进行稳定性分析，和鲁棒控制，运用协同控制的综合方法，根据动车实际情况，设计加权流形，得到电流控制量的直接数值解。.5.Boost LPV切换系统建模下的控制及其在光伏发电三端口网络中的应用。. 从系统状态方程可以看出，此系统是一个切换LPV系统，可以用输出反馈来设计电路的控制策略。用于调节开关频率，降低开关损耗，并保持系统的稳压性能。. 项目开展并进行了动车组高性能、高精度的牵引传动控制，为铁路提速和高速铁路建设提供必要的理论技术支持。