基于永磁同步电机的船舶电力推进及其控制策略优化研究

发布时间：2020-02-17 12:16

【摘要】：随着电力电子技术、交流变频技术、现代控制技术以及新能源和新材料等高新技术的飞速发展,船舶电力推进系统在能源效率、机动可靠性和推进性能等方面的突破性进展,使得船舶电力推进技术的应用领域不断扩大,并决定着未来船舶的发展方向。永磁同步电机无疑是公认的船舶电力推进装置中推进电机的理想选择,它的低速大转矩高效率优点可以保证船舶电力推进在复杂的工况环境里拥有良好的推进性能。但是由于船舶本身的工作条件比较恶劣,存在振荡现象和非线性、强耦合,大惯性滞后的动态特性,并且容易受到风、浪、流等外部干扰的影响,所以如何保证并提高船舶在行进中的推进效能便成为一个重要的研究课题。因此,本文开展基于永磁同步电机的船舶电力推进系统控制策略优化研究,针对船舶电力推进系统的动静态特性和负载特性,着重研究永磁同步电机矢量控制下的控制策略和算法优化,进一步提高系统的推进性能和安全性能。主要工作内容如下:1.收集国内外船舶电力推进系统的研究资料,分析船舶电力推进系统结构特性,对永磁推进电机、矢量控制技术及螺旋桨负载特性逐个进行解析。研究各个模块的数学模型,并在Matlab/Simulink中建立永磁同步电机和船桨的仿真模型,验证其正确性。2.分析矢量控制双闭环下的永磁同步电机仿真模型,针对其稳态性能上的不足进行控制策略优化,在原有基础上增设一条转矩环控制,形成对转矩输出的直接调节,以有效减小转矩波动,达到减振效果。3.针对推进系统PI控制鲁棒性差和无在线自调整的缺点,在速度外环设计一种变论域范畴的嵌模糊控制器,使模糊输出具有在线自整定比例因子的功能,实现对控制算法的优化,改善系统动态特性和抗扰动特性。同时,引入积分作用以有效抑制系统静态误差。4.结合以上优化成果,在Matlab中搭建完整的船-机-桨仿真模型,研究船舶电力推进及其控制系统从起动到稳定工作过程中变负载下的推进性能,以及各参数的输出波形,进行分析总结。
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.14

【参考文献】