[发明专利]一种电惯量控制系统

说明书

技术领域

本发明属于力学控制领域，具体来说为一种电惯量控制系统，特别是一种在试验台上实现机车电惯量控制的系统。 

背景技术

现有的惯量模拟技术主要有两种： 

1、纯机械方法：该方法利用飞轮的转动惯量来模拟原负载的平动或者转动惯量。飞轮是一种储藏能量的机械部件，角速度上升时吸收能量，在角速度下降时释放能量，这种方法虽然可以比较充分和准确地再现制动机构的工作状况，但是存在模拟级差、试验误差大的问题。 

2、电机输出力矩模拟惯量(简称电惯量)：电机在工作时能够将电能转换为机械能，因此电机也能够替代惯性飞轮模拟车的惯量。因此对电机进行控制，使得转轴制动速度曲线能够与原制动速度的吻合，就实现了惯量的电机模拟。电机模拟惯量已有以下两种方法： 

1)纯电机模拟，用电动机代替原有机械惯量模拟试验台的所有的机械惯量盘(飞轮)； 

2)电机与固定惯量盘相结合，用电动机和一个固定大飞轮来代替原有的机械惯量试验台的机械惯量盘(飞轮)。 

滚动试验台在进行动力学性能试验、牵引系统性能试验、轴/轮盘制动性能试验、综合性能试验时，尤其是测试机车起动、牵引和制动特性时，需要试验台能够模拟机车的机械惯性。目前广泛应用的是利用惯性飞轮来模拟大型机械装置的惯性。利用惯性飞轮模拟机械惯量存在以下缺点： 

a.惯性飞轮模拟机械惯量存在有模拟级差； 

b.试验过程中，无法动态调节惯量； 

c.进行不同的试验时，要拆卸或加装飞轮，增加了操作的复杂性，降 低了试验台的安全性。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种电惯量控制系统，其惯量可以动态调节，惯量模拟级差小。 

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电惯量控制系统，包括电机、电机信号采集单元、变流器控制单元和控制器，其中， 

所述控制器包括电机转速换算模块和电机转速控制模块； 

所述电机转速换算模块根据预设的电惯量值和电机信号采样频率计算出欲设置的电机转速； 

所述电机转速控制模块以所述电机转速换算模块计算出的电机转速和所述电机信号采集单元采集到的电机转速的偏差作为输入，利用所述电机信号采集单元采集到的电机电流电压信号，计算电机磁链和电机电磁转矩，并根据计算出的电机转速和采集到的电机转速的偏差来得到欲设的电机电磁转矩和电机磁链，并将电机磁链转化为电机变频调速的频率信号，再将所述频率信号输入到变流器控制单元中，变流器控制单元将逆变的频率信号施加到电机上，实现对电机转速的控制。 

在所述的电惯量控制系统中，较好的是，所述电惯量控制系统还包括上位机，与控制器连接，用于接收用户输入的电惯量预设值。 

在所述的电惯量控制系统中，较好的是，所述电惯量控制系统还包括惯性飞轮，所述惯性飞轮和电机共同提供电惯量。 

在所述的电惯量控制系统中，较好的是，所述电机转速控制模块具体包括： 

转速调节器，以采集到的电机转速为输入，采用PID或神经网络控制方法，其输出到转矩滞环比较器； 

磁链控制器，以采集到的电机转速为输入，采用PID或神经网络控制方法，其输出到磁链滞环比较器； 

开关状态控制器，以转矩滞环比较器和磁链滞环比较器的输出为输 入，根据开关状态表查找的选择空间电压矢量，并转化为对逆变器的控制脉冲； 

逆变器，以开关状态控制器输出的控制脉冲为输入，输出逆变的控制脉冲信号施加到电机上，实现对电机转速的控制。 

在所述的电惯量控制系统中，较好的是，所述转矩滞环比较器和/或磁链滞环比较器采用bang-bang控制方式，用以控制电机定子磁链的幅值在预设误差半径的范围之内。 

在所述的电惯量控制系统中，较好的是，所述电机转速控制模块还包括： 

转矩仿真器，以采集到的电机三相电流信号经3/2坐标变化后值为输入，输出到转矩滞环比较器； 

磁链仿真器，以采集到的电机三相电压信号经3/2坐标变化后值为输入，输出到磁链滞环比较器。 

在所述的电惯量控制系统中，较好的是，所述电机转速控制模块还包括：扇区比较器，用于确定当前的磁链所在相平面的扇区，以磁链仿真器的输出为输入，输出到开关状态控制器。 

在所述的电惯量控制系统中，较好的是，所述电惯量控制系统还包括预测回路，采用闭环脉冲响应预测模型，以采集到的电机转速和预测模型预测的电机转速的偏差为输入，输出到控制器。