中科院葛琼璇：磁悬浮列车在双端供电模式下的无速度传感器控制

团队介绍了

葛琼轩，研究员，博士生导师，中国科学院国务院特殊津贴专家中国供电协会变频供电输电专业委员会副主任、北京电力电子协会副秘书长主要从事高压大功率变频器技术和高性能电机牵引驱动控制技术的研究工作

先后承担了国家科技支撑、国家“863”科技攻关、国家重点研发计划等多项重大项目的科研工作。中国首次成功开发出完全自主知识产权的基于VME总线的高速磁悬浮列车牵引控制系统，突破了国外技术封锁，填补了国内该项技术的空白。中国第一台基于IGCT的7.5兆伏安高压大功率变流器已经研制成功，这是单机容量最大的交流-DC-交流变流器系统。开发了完全自主知识产权的轨道交通牵引系统，并在实际工程和线路中推广应用，产生了良好的社会效益和经济效益。

的相关成果获得2009年北京市科技进步一等奖、电工学会科技进步一等奖、2010年国家科技进步二等奖、2013年北京市科技进步一等奖、电工学会科技进步一等奖。目前，在国内外核心期刊和国际会议上发表了100多篇文章，申请了40多项发明和软件版权。

孙，，博士研究生，主要从事长定子直线同步电机高性能牵引控制技术。实现

磁悬浮列车稳定运行的核心技术在于如何准确获取列车的速度、位置和电机角度。针对磁悬浮列车高速运行时并联供电的特殊模式，将旋转电机的反电动势扩展原理推广到长定子直线同步电机的控制中，提出了一种合适的无速度传感器控制策略，并通过半实物仿真平台验证了该控制策略的可行性。研究背景

当

磁悬浮列车低速运行时，通过传感器检测轨道上的定子槽和定位标志板，可以确定速度和角度信息，并通过无线传输装置传输到地面控制系统然而，当列车高速运行时，无线传输换位导致的过长的位置信息采集周期无法保证地面控制系统获得准确的转子磁场定向角和列车速度，导致列车控制性能较差因此，有效的解决方法是利用无速度传感器控制算法实时观察和计算列车速度和电机角度，从而实现列车高速运行的稳定控制。

存在的问题及意义根据磁悬浮列车的运行特点和牵引条件，设计了一种适用于双端供电方式的简单稳定的无速度传感器控制算法。

本文将旋转电机的扩展反电动势理论应用于长定子直线同步电机的无传感器控制。首先建立了双端供电模式下长定子直线同步电机的数学模型，然后设计了双端供电模式下直线电机的扩展反电势观测器。电机的速度和角度通过正交锁相环技术来估计。高速磁悬浮半实物仿真系统的相关实验验证了该算法的有效性和可行性。

论文方法与创新

本文建立了双端供电模式下长定子直线同步电机的数学模型，考虑了馈电电缆、定子端部覆盖部分和未覆盖部分等因素的影响

与单端供电相比，当磁浮列车采用双端并联供电方式时，位于线路两端的两个变流器将同时驱动长定子直线电机，电压方程中的输入变量和输出变量增加，数学模型更加复杂如何从复杂的数学模型中得到扩展反电动势，并设计观测器来精确估计扩展反电动势，是本文的难点和创新点

根据长定子直线电机两端供电时电机电流与变换器电流的关系，用数学方法建立了合适的扩展反电动势观测器，得到了扩展反电动势的分量，如图1所示因为扩展反电动势的两个分量是垂直的，所以包含在扩展反电动势中的电机角度信息可以通过正交锁相环来提取。

图1扩展反电动势观测器原理图

本文分析了该方法的鲁棒性。结果表明，该方法适用于长定子直线同步电机的无传感器控制。

图2实际角度与估计角度

图2是实际角度与估计角度的对比图，表明本文提出的方法具有较高的准确率由于磁悬浮列车运行过程中存在一个阶跃变化过程，本文提出在阶跃变化过程中可以交替使用列车两侧的估计角度，从而有效控制磁悬浮列车的两步运行模式。

结论针对磁悬浮列车采用的双端并联供电模式，建立了双端供电模式下长定子直线同步电机的数学模型。基于扩展反电动势的基本原理，设计了一种扩展反电动势观测器从硬件在环仿真结果来看，本文设计的无速度传感器算法适合磁悬浮列车的实际工况，具有较好的鲁棒性和较高的精度，能够实现磁悬浮列车在高速运行时的有效控制，对高速磁悬浮列车的实际应用具有很大的价值。

引用本文

孙，葛琼轩，，。[2]双端供电模式下磁悬浮列车的无速度传感器控制[[]。电气技术杂志，2018，33 (18): 4249-4256。孙、葛琼轩、、。双端供电磁悬浮列车的无速度传感器控制。中国电工学会学报，2018，33(18): 4249-4256.

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