【摘 要】
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高速列车牵引传动系统是一个结构复杂、非线性因素繁多和内外部激励丰富的机电耦合系统。高速列车牵引系统所用的大功率三相异步电机是一个高阶、强耦合、非线性的多变量系统,齿轮传动系统也是一个内部激励丰富、非线性因素叠加的机械系统。单独的分析电气系统或者机械系统已经不能很好地满足高速列车在复杂多变运行环境下的动力学特性,为了更加准确系统地反映高速列车在不同运行工况下的振动响应,需要进行系统级的高速列车牵引传
【基金项目】
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国家自然科学基金联合基金项目(U1924202):“高速列车牵引传动系统耦合振动机理与主动减振技术研究”; 2018年山西省科技重大专项项目(20181102007):“智能化高速列车机电传动系统关键技术研究与应用”
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高速列车牵引传动系统是一个结构复杂、非线性因素繁多和内外部激励丰富的机电耦合系统。高速列车牵引系统所用的大功率三相异步电机是一个高阶、强耦合、非线性的多变量系统,齿轮传动系统也是一个内部激励丰富、非线性因素叠加的机械系统。单独的分析电气系统或者机械系统已经不能很好地满足高速列车在复杂多变运行环境下的动力学特性,为了更加准确系统地反映高速列车在不同运行工况下的振动响应,需要进行系统级的高速列车牵引传动系统动力学响应分析。本文以时速200公里“复兴号”中国标准动车组牵引传动系统为研究对象,建立了牵引传动系统机电耦合仿真模型,对启动加速阶段、额定工况、制动工况的振动加速度进行了分析,并提出基于自抗扰控制电流补偿策略的主动控制抑振方法。通过电流补偿主动控制,降低了齿轮传动系统的振动加速度幅值,取得了较好的抑振效果。首先根据高速列车牵引传动系统电气系统与机械系统耦合关系,建立考虑内部多种激励的齿轮系统动力学模型和按转子磁链定向的矢量控制的三相异步电机动态模型,并在Simulink平台上搭建了机电耦合仿真模型。其次,分析了耦合系统从电机启动到稳定运行时的动态响应,结果表明电气系统含有多种成分的谐波含量。耦合系统被施加附加谐波转矩时,振动加速度和齿轮啮合力的谐波幅值进一步增大,表明系统外部干扰增多会加剧系统振动。最后,提出基于自抗扰控制的电流补偿策略,以电机轴与小齿轮输入轴转速差为控制器的输入,以控制器估测内外部扰动计算出电流补偿量为输入叠加到电机控制模块。结果表明,该主动抑振方法在额定工况和制动工况都能起到良好的振动抑制效果,且制动瞬时的抑振效果更优。
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