團隊介紹

葛瓊璇，中科院電工研究所研究員，博士生導師，國務院特殊津貼專家。中國電源學會變頻電源與電力傳動專業委員會副主任，北京電力電子學會副秘書長。主要從事高壓大功率變流技術及高性能電機牽引傳動控制技術研究工作。

先后承擔了國家科技支撐、國家 “863”科技攻關、國家重點研發計劃等多項重大項目的科研工作。在國內首次成功研制了完全具有自主知識產權的基于VME總線的高速磁懸浮列車牽引控制系統，打破了國外技術封鎖，填補了該項技術國內空白。成功研制了國內首臺基于IGCT的7.5MVA高壓大功率變流器，為單機容量最大的交直交變流器系統。研發了完全自主知識產權的軌道交通牽引系統，在實際工程及線路上得到推廣應用，產生了很好的社會和經濟效益。

相關成果獲得2009年度北京市科技進步一等獎、電工技術學會科技進步一等獎，2010年度國家科技進步二等獎，2013年度北京市科技進步一等獎、電工技術學會科技進步一等獎，目前在國內外核心期刊及國際會議上發表文章逾百篇，申請發明專利及軟件著作權四十余項。

孫鵬琨，博士研究生，主要從事長定子直線同步電機的高性能牽引控制技術。

導語

磁懸浮列車實現穩定運行的核心技術在于如何準確獲取列車的速度、位置和電機角度。本文針對磁懸浮列車在高速運行時采用并聯供電的特殊模式，將旋轉電機的擴展反電勢原理推廣到長定子直線同步電機的控制中，提出了合適的無速度傳感器控制策略，并通過半實物仿真平臺驗證了所提控制策略的可行性。

研究背景

常導電磁吸引型磁懸浮列車在低速運行時，可以通過傳感器檢測定子齒槽和軌道上的定位標志板來確定速度和角度信息，并通過無線傳輸裝置發送給地面的控制系統。但是，列車高速運行時，無線傳輸轉置導致的過長的位置信息獲取周期已經無法保證地面控制系統獲得準確的動子磁場定向角度以及列車速度，導致列車控制性能變差。因此，有效的解決方式就是采用無速度傳感器控制算法，實時觀測并計算列車的速度及電機角度，實現對列車高速運行時的穩定控制。

論文所解決的問題及意義

本文根據磁懸浮列車的運行特點及牽引條件設計了一種簡單穩定、適用于磁懸浮列車在雙端供電模式下的無速度傳感器控制算法。

本文將旋轉電機的擴展反電勢理論應用到長定子直線同步電機的無速度傳感器控制中，首先建立了長定子直線同步電機在雙端供電模式下的數學模型，然后設計了直線電機在雙端供電模式下的擴展反電勢觀測器；并利用正交鎖相環技術估算電機的速度與角度。通過高速磁浮半實物仿真系統的相關試驗，驗證了該算法的有效性和可行性。

論文方法及創新點

本文在考慮饋電電纜、定子端覆蓋部分和未覆蓋部分等因素的影響下，建立了長定子直線同步電機在雙端供電模式下的數學模型。

與單端供電相比，磁懸浮列車采用雙端并聯供電模式時，位于線路兩端的兩臺變流器會同時驅動長定子直線電機，電壓方程中的輸入變量和輸出變量增多，數學模型更加復雜。如何從復雜的數學模型中得到擴展反電勢，并設計觀測器對擴展反電勢進行準確估計，是本文的難點和創新點。

根據長定子直線電機在雙端供電時的電機電流與變流器電流的關系，通過數學方法建立了合適的擴展反電勢觀測器，得到擴展反電勢的分量，如圖1所示。由于擴展反電勢的兩個分量垂直，可以通過正交鎖相環提取擴展反電勢中所包含的電機角度信息。

圖1 擴展反電勢觀測器示意圖

本文對所提方法進行了魯棒性分析，結果表明該方法適用于長定子直線同步電機的無速度傳感器控制。

圖2 實際角度與估算角度對比

圖2為實際角度與估算角度的對比圖，該圖表明本文提出的方法具有較高的準確率。由于磁懸浮列車運行過程中存在換步過程，本文提出在換步過程中對列車兩側的估算角度交替使用，便可實現對磁懸浮列車在兩步法模式下的有效控制。

結論

本文針對磁懸浮列車采用的雙端并聯供電模式，建立了長定子直線同步電機在雙端供電模式下的數學模型；基于擴展反電勢的基本原理，設計了擴展反電勢的觀測器。從半實物仿真的結果來看，本文設計的無速度傳感器算法，適用于磁懸浮列車的實際工況，具有較好的魯棒性和較高的準確率，能夠實現磁浮列車高速運行時的有效控制，對高速磁浮列車的實際應用有很大的價值。

引用本文

孫鵬琨, 葛瓊璇, 王曉新, 張波. 磁懸浮列車在雙端供電模式下的無速度傳感器控制[J]. 電工技術學報, 2018, 33(18): 4249-4256. Sun Pengkun, Ge Qiongxuan, Wang Xiaoxin, Zhang Bo. Speed Sensorless Control of Maglev Train with Double-End Power Supply. Transactions of China Electrotechnical Society, 2018, 33(18): 4249-4256.