悬挂式磁浮列车作为一种智能化、小运量的轻量级新型轨道交通工具,其悬空于道路花坛、绿化带上方,占用城市地面空间极少,几乎不影响地面公共交通,并且不破坏生态环境,可广泛应用于山城、丘陵、沿江环湖、城乡连接以及城市区域接驳等多种场合,具有极大地推动作用.本文中悬挂式磁浮列车的驱动单元选用的是永磁直线同步电机,其构造简单,无需绕组线圈励磁,散热效果良好,不用附加冷却装置.永磁直线同步电机的常用控制策略主要包括矢量控制、直接推力控制及其他复合控制,这些控制策略可保障电机的高性能运行.直接推力控制可看作运用在直线电机中的直接转矩控制,其主要特点是控制方式直接、目标明确、动态性能好、鲁棒性强、对电机参数依赖少,已成为直线电机控制策略的重点研究方向.
　　本文对永磁材料的发展历史、永磁直线同步电机的基本构造及原理进行了简要概述,推导了三种坐标系间的等效变换关系及数学模型.深入剖析了永磁直线同步电机直接推力控制的基本理论,搭建了传统的直接推力控制模型.之后给出一种基于空间矢量脉宽调制的直接推力控制理论及实现方法,并搭建了仿真模型.在 MATLAB/Simulink 中将电机设置相同条件,对两种直接推力控制模型进行仿真,通过对仿真结果对比分析,可看出前者较之后者在磁链和推力方面存在明显的脉动,后者具有更好地动态性能.
　　为进一步改善直接推力控制动态性能,本文主要从三个方面进行改进.首先,在传统直接推力控制中,速度环常应用PI控制器,其调节参数无法随系统变化而改变,因而难以平衡速度跟踪在超调量与响应时间之间的矛盾.本文将自抗扰控制器应用在速度环来替代 PI 控制器,降低系统的模型不确定部分和外扰对速度响应的影响并加以补偿.其次,传统磁链和推力控制常采用滞环控制,使得逆变器开关频率不稳定,磁链和推力存在脉动问题,本文为此采用超螺旋算法来替代滞环控制.最后,在直接推力控制中实现对磁链的精确估计尤为重要,因而本文采用了一种补偿电压—电流型磁链估计方法.针对上述改进,在 MATLAB/Simulink 中搭建其仿真模型,对改进后的直接推力控制方法进行验证,结果证明改进方法的有效性.