【摘要】：隨著鐵路行業(yè)的飛速發(fā)展,我國(guó)實(shí)現(xiàn)了令人矚目的巨大成就,列車運(yùn)行速度、運(yùn)輸量和裝備技術(shù)均取得了新的進(jìn)展。在電力電子技術(shù)的進(jìn)步與鐵路運(yùn)輸行業(yè)向著“綠色、節(jié)能、環(huán)保”方向發(fā)展的基礎(chǔ)上,電力機(jī)車的技術(shù)研究受到越來越多的重視。在電力機(jī)車軌道交通電力系統(tǒng)中,輔助電源模塊承擔(dān)了除牽引系統(tǒng)外電力機(jī)車上各種輔助設(shè)備的供電需求,保證其高效、安全且可靠的工作,是電力機(jī)車高速運(yùn)行至關(guān)重要的條件。本文以基于移相全橋直流變換器的電力機(jī)車輔助電源為研究對(duì)象,針對(duì)傳統(tǒng)整數(shù)階PID控制,難以滿足這種強(qiáng)非線性特征且時(shí)變的隔離型直流變換器對(duì)輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性的要求,采用基于平均電流模式的雙閉環(huán)分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器改善系統(tǒng)的性能。此外在建立移相全橋直流變換器仿真模型的基礎(chǔ)上,針對(duì)其作為機(jī)車輔助電源的主電路結(jié)構(gòu),功率開關(guān)管故障類型復(fù)雜,故障信息量大,提出了一種基于小波包和優(yōu)化的極限學(xué)習(xí)機(jī)故障診斷方法。本文所做的主要研究工作如下:(1)電力機(jī)車輔助電源關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀及難點(diǎn)。在查閱相關(guān)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,總結(jié)了高頻隔離機(jī)車輔助電源選用移相全橋作為主電路拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn),然后針對(duì)基于移相全橋直流變換器的機(jī)車輔助電源,在控制方法和開關(guān)管故障診斷技術(shù)所存在的問題,提出了本文的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。(2)機(jī)車輔助電源移相全橋直流變換器的特性分析及建模。根據(jù)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn),對(duì)工作原理及所固有的特性進(jìn)行分析。并通過狀態(tài)空間平均法,考慮變換器特性占空比丟失現(xiàn)象的影響,推導(dǎo)了移相全橋直流變換器的小信號(hào)模型。最后基于相關(guān)傳遞函數(shù)開環(huán)穩(wěn)定性的分析,總結(jié)了設(shè)計(jì)閉環(huán)控制系統(tǒng)的必要性。(3)基于粒子群優(yōu)化算法的移相全橋變換器雙閉環(huán)分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器設(shè)計(jì)。為改善移相全橋直流變換器的控制器性能,設(shè)計(jì)了基于平均電流控制模式的電壓外環(huán)及電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)分?jǐn)?shù)階PIλDμ-PIλ控制策略。同時(shí)針對(duì)分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器由于引入了積分階次λ和微分階次μ帶來的控制器參數(shù)設(shè)計(jì)變得復(fù)雜的問題,基于粒子群智能優(yōu)化算法對(duì)PIλDμ-PIλ控制器優(yōu)化整定,并對(duì)得到的控制器性能進(jìn)行了 Bode圖穩(wěn)定性分析。最后基于Simulink仿真模型對(duì)不同控制方案進(jìn)行仿真結(jié)果比較,證明了該方法相對(duì)于常規(guī)的PID控制器,具有控制特性更好,適應(yīng)參數(shù)變化的能力更強(qiáng),響應(yīng)速度快且魯棒性好的特點(diǎn)。(4)機(jī)車輔助電源移相全橋直流變換器的故障診斷策略。首先分析了變換器運(yùn)行過程中的故障特點(diǎn),確定了主電路功率開關(guān)管的故障類型。然后基于小波包對(duì)各故障狀態(tài)輸出電壓特征信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解歸一化處理獲得故障特征值,最后通過極限學(xué)習(xí)機(jī)算法進(jìn)行故障分類,并針對(duì)由于極限學(xué)習(xí)機(jī)隨機(jī)產(chǎn)生輸入權(quán)值和隱含層偏置而使分類精度降低,引入螢火蟲算法優(yōu)化其相關(guān)參數(shù)以提高分類準(zhǔn)確率。最后通過仿真驗(yàn)證了該方法對(duì)于移相全橋變換器故障診斷具有較高準(zhǔn)確率和穩(wěn)定性。(5)樣機(jī)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)分析。根據(jù)機(jī)車輔助電源移相全橋直流變換器主要指標(biāo)的要求,計(jì)算設(shè)計(jì)了變換器功率主電路原理圖、主要器件參數(shù)和硬件電路,以及隔離驅(qū)動(dòng)和信號(hào)采樣調(diào)理電路,并基于TMS320F28335 DSP控制芯片完成了軟件的雙閉環(huán)分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制程序編程和測(cè)試。最后通過功率實(shí)驗(yàn)樣機(jī)對(duì)數(shù)字控制策略的有效性及相關(guān)性能進(jìn)行驗(yàn)證。
【圖文】：

在電力機(jī)車軌道交通的電力系統(tǒng)中，按照電源模塊的功能可以分為兩種供電逡逑系統(tǒng)，，分別是主牽引供電系統(tǒng)和輔助電源系統(tǒng)。主牽引電力系統(tǒng)的主要作用是為逡逑電力機(jī)車的電動(dòng)機(jī)牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力能量，而圖１－２所示的機(jī)車輔助電源系逡逑統(tǒng)承擔(dān)了除牽引系統(tǒng)外電力機(jī)車上各種輔助設(shè)備的供電需求，其中包括主牽引驅(qū)逡逑動(dòng)的控制系統(tǒng)供電、冷凝風(fēng)機(jī)與機(jī)車通風(fēng)空調(diào)、機(jī)車照明以及備用蓄電池充電等逡逑設(shè)備在輔助電源系統(tǒng)方面，西門子、ＡＢＢ等國(guó)外公司電力電子變換器技術(shù)逡逑成熟，常處于領(lǐng)先地位，在世界上擁有較大的市場(chǎng)占有率［１１］。２０世紀(jì)８０年代，逡逑我國(guó)的機(jī)車輔助電源變流器基本是從國(guó)外引進(jìn)相關(guān)的設(shè)備及技術(shù)，同時(shí)開啟了國(guó)逡逑內(nèi)軌道機(jī)車輔助電源變流器系統(tǒng)的開發(fā)，９０年代，主要是對(duì)國(guó)外引進(jìn)的技術(shù)消逡逑２逡逑

力機(jī)車輔助電源的關(guān)鍵技術(shù)展開研宄。逡逑１．２機(jī)車輔助電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)逡逑電力機(jī)車輔助電源變換器起初大多采用工頻變壓器隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖１－３逡逑所示此類輔助電源一般是將輸入的直流電壓經(jīng)過濾波器處理后，然后通過逆變電逡逑路逆變?yōu)槿嘟涣麟�，最后�?jīng)過工頻變壓器提供給負(fù)載。這種輔助電源系統(tǒng)變換逡逑器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制策略容易實(shí)現(xiàn)，但是也有著輸出電壓質(zhì)量不高、諧波含量較多、逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM46

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2641582