基于永磁同步电动机的双螺旋桨无人艇推进系统研究
发布时间：2021-01-16 05:06
随着各国对海洋的重视,有效的利用和开发海洋资源,进行海洋科研、海洋环境监测、保卫国家海洋安全等措施,对于国家的战略发展具有重要意义。无人艇作为海上无人系统最为典型的无人智能平台系统,逐渐引起了各海洋强国重视。无人艇的推进系统是其运动控制的核心部分,其性能的优劣严重影响USV航行时的稳定性和操控精度,同时推进系统也是研究动力定位、自动避碰和航迹跟踪等问题的基础。研究无人艇的推进系统,对于改善无人水面艇本身的操控性、推进系统的稳定性和经济性具有实际意义。本文以双螺旋桨无人艇的推进系统为研究对象,以永磁同步电机为推进电机,以直接转矩控制策略为基础对其进行了研究。首先介绍了无人水面艇在国内外的发展现状与无人水面艇推进控制系统的研究现状。然后简单介绍了永磁同步电机的结构与其在不同坐标系内的数学模型。通过分析常规直接转矩控制固有的不足与该技术应用于推进系统存在的特殊性,介绍了一种基于空间电压矢量调制的永磁同步电动机直接转矩控制技术,并且建立了相应的仿真模型。依据螺旋桨的负载特性,搭建了艇桨数学模型,并在此基础上建立了双螺旋桨无人艇推进系统的仿真模型。同时针对双螺旋桨无人艇的运动特点,提出一种适用于...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?ＰＭＳＭ的转子结构分类示意图??
二者的主要差别在于产生推力时双螺旋桨推进形式产生的推力是每一侧螺旋桨产??生的推力之和，因此仅需对无人艇的运动模型作修正处理。单螺旋桨推进形式的??艇桨系统的模型框图如图４．１所示。??ｎ??＾??ｋ’???Ｔ??？转距系数一＾螺旋桨产生转矩?？￣￣？??４螺旋桨／??进速比＿?＿?；?：??Ｖｐ?＾推力减额、无人艇运动??Ｍ系数—？螺旋桨产生推力＾模型??体所受阻?ｖｓ??力模型＜???螺旋桨对水速度＾???图４．１艇桨运动模型框图??Ｆｉｇ．?４．１?Ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｈｉｐ?ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ?ｍｏｄｅｌ??模型的输入量为螺旋桨的给定转速，等于ＰＭＳＭ的旋转速度。输出量为螺旋??桨产生的扭矩，该转矩作为负载转矩送入ＰＭＳＭ的控制系统。ＰＭＳＭ的控制系统??在第２章己经作具体讨论，此处不作说明。以下将对图４．１所示的单螺旋桨推进形??式的艇桨运动模型的各个组成部分的仿真模型作具体说明。??图４．２所示为依据螺旋桨数学模型建立的螺旋桨仿真模型。输入为螺旋桨转速??和螺旋桨相对于水的前进速度，输出为螺旋桨产生的推力与螺旋桨负载转矩。??４１??
图４．２螺旋桨仿真模型??Ｆｉｇ．?４．２?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ?ｍｏｄｅｌ??图４．３所示为艇体所受总阻力的仿真模型，其中包含摩擦阻力的仿真模型与剩??余阻力的仿真模型。??２?５??＾Ｌｗｌ???１／２???＾??Ｌｗｌ１?Ｃｆ?；?Ｕｌ?Ｌ＿??ｒｒｔ?ｗ??Ｖｓ?ｉ—丨叫?’??？?—?？?Ｘ?????Ｃｆ???????＾?????１０２５???????３?ｈ?．?，??４ｒ?ｒ＊ＬＪ?Ｌ??Ｕｕ）????１?Ｒｒ??心?ｊ?「？＊?，（ｕ，?－］??＾?—＜ｄ??ｋｓ????！－？?＋??０．３５??＾???｜?Ｉ???？?Ａｄｄ１??ｄ?????＾??？?ｖｓ?ｃｒ??＾??ｌｌｉ?＇￣???Ｌ—Ｊ?Ｉ?？?Ｘ?ｌ＿ｊ?ｆ（ｕ）?Ｕ＾ｌｔａＲｒ??Ｂ?＿？??????ｗ??？?ｄｅｌｔａ?Ｒｒ??０．６８????………??？??一?Ｃｂ?；????回?Ｉ??Ｌｗ１２??图４．３艇体所受总阻力计算模型??Ｆｉｇ．?４．３?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ａｃｔｉｎｇ?ｏｎ?ＵＳＶ??图４．４所示为依据无人艇运动方程建立的仿真模型。输入为螺旋桨产生的推力
【参考文献】：
期刊论文
[1]无舵船舶航向自动控制系统研究[J]. 彭宾,郭佩佩,黄家怿,陈万云,陆开路. 现代农业装备. 2016(03)
[2]永磁同步电机SVM-DTC系统的多滑模变结构控制[J]. 俞光,谢家烨. 微电机. 2016(03)
[3]小型水面无人艇电力推进系统的设计与实现[J]. 刘全,王阳阳,杨强,程向红. 测控技术. 2016(03)
[4]可回转双桨船舶的等效舵效模型[J]. 黄辉,褚建新,魏宏磊,高迪驹. 哈尔滨工程大学学报. 2016(02)
[5]固定双桨驱动的无人水面艇自主直线路径跟踪系统[J]. 赵梦铠,王建华,裴肖颜,郑体强. 计算机应用. 2015(S1)
[6]基于等价舵角的可回转双桨推进船舶操纵研究[J]. 魏宏磊,褚建新,黄辉. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2015(03)
[7]永磁同步电机永磁磁链自适应观测器设计方法[J]. 邱腾飞,温旭辉,赵峰,王永兴. 中国电机工程学报. 2015(09)
[8]永磁同步电机电流预测控制电流静差消除算法[J]. 王庚,杨明,牛里,贵献国,徐殿国. 中国电机工程学报. 2015(10)
[9]USV发展现状及展望[J]. 柳晨光,初秀民,吴青,王桂冲. 中国造船. 2014(04)
[10]高速永磁电机设计与分析技术综述[J]. 董剑宁,黄允凯,金龙,林鹤云. 中国电机工程学报. 2014(27)
博士论文
[1]永磁同步电机直接转矩控制策略的研究[D]. 牛峰.河北工业大学 2015
硕士论文
[1]水面无人艇建模与运动控制系统设计[D]. 郑烈心.华南理工大学 2016
[2]无人艇航向运动控制器的设计与实现[D]. 葛增鲁.大连海事大学 2016
[3]水面无人艇运动控制系统设计与实现[D]. 田勇.大连海事大学 2016
[4]基于船舶电力推进系统的永磁同步电机直接转矩控制策略研究[D]. 曹林柏.大连海事大学 2016
[5]无人艇建模及操纵运动仿真的研究[D]. 黄西密.大连海事大学 2015
[6]基于DSP的永磁同步电机SVM-DTC系统设计[D]. 张智.武汉理工大学 2014
[7]永磁同步电机的直接转矩控制及其改进算法研究[D]. 刘又清.西安电子科技大学 2014
[8]船用永磁同步电机直接转矩控制仿真研究[D]. 池飞飞.武汉理工大学 2013
[9]基于模糊空间矢量调制的直接转矩控制系统的研究[D]. 张广远.大连交通大学 2012
[10]吊舱式电力推进系统的建模与仿真[D]. 杨江.武汉理工大学 2011
本文编号：2980206
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?ＰＭＳＭ的转子结构分类示意图??
二者的主要差别在于产生推力时双螺旋桨推进形式产生的推力是每一侧螺旋桨产??生的推力之和，因此仅需对无人艇的运动模型作修正处理。单螺旋桨推进形式的??艇桨系统的模型框图如图４．１所示。??ｎ??＾??ｋ’???Ｔ??？转距系数一＾螺旋桨产生转矩?？￣￣？??４螺旋桨／??进速比＿?＿?；?：??Ｖｐ?＾推力减额、无人艇运动??Ｍ系数—？螺旋桨产生推力＾模型??体所受阻?ｖｓ??力模型＜???螺旋桨对水速度＾???图４．１艇桨运动模型框图??Ｆｉｇ．?４．１?Ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｈｉｐ?ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ?ｍｏｄｅｌ??模型的输入量为螺旋桨的给定转速，等于ＰＭＳＭ的旋转速度。输出量为螺旋??桨产生的扭矩，该转矩作为负载转矩送入ＰＭＳＭ的控制系统。ＰＭＳＭ的控制系统??在第２章己经作具体讨论，此处不作说明。以下将对图４．１所示的单螺旋桨推进形??式的艇桨运动模型的各个组成部分的仿真模型作具体说明。??图４．２所示为依据螺旋桨数学模型建立的螺旋桨仿真模型。输入为螺旋桨转速??和螺旋桨相对于水的前进速度，输出为螺旋桨产生的推力与螺旋桨负载转矩。??４１??
图４．２螺旋桨仿真模型??Ｆｉｇ．?４．２?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ?ｍｏｄｅｌ??图４．３所示为艇体所受总阻力的仿真模型，其中包含摩擦阻力的仿真模型与剩??余阻力的仿真模型。??２?５??＾Ｌｗｌ???１／２???＾??Ｌｗｌ１?Ｃｆ?；?Ｕｌ?Ｌ＿??ｒｒｔ?ｗ??Ｖｓ?ｉ—丨叫?’??？?—?？?Ｘ?????Ｃｆ???????＾?????１０２５???????３?ｈ?．?，??４ｒ?ｒ＊ＬＪ?Ｌ??Ｕｕ）????１?Ｒｒ??心?ｊ?「？＊?，（ｕ，?－］??＾?—＜ｄ??ｋｓ????！－？?＋??０．３５??＾???｜?Ｉ???？?Ａｄｄ１??ｄ?????＾??？?ｖｓ?ｃｒ??＾??ｌｌｉ?＇￣???Ｌ—Ｊ?Ｉ?？?Ｘ?ｌ＿ｊ?ｆ（ｕ）?Ｕ＾ｌｔａＲｒ??Ｂ?＿？??????ｗ??？?ｄｅｌｔａ?Ｒｒ??０．６８????………??？??一?Ｃｂ?；????回?Ｉ??Ｌｗ１２??图４．３艇体所受总阻力计算模型??Ｆｉｇ．?４．３?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ａｃｔｉｎｇ?ｏｎ?ＵＳＶ??图４．４所示为依据无人艇运动方程建立的仿真模型。输入为螺旋桨产生的推力
【参考文献】：
期刊论文
[1]无舵船舶航向自动控制系统研究[J]. 彭宾,郭佩佩,黄家怿,陈万云,陆开路. 现代农业装备. 2016(03)
[2]永磁同步电机SVM-DTC系统的多滑模变结构控制[J]. 俞光,谢家烨. 微电机. 2016(03)
[3]小型水面无人艇电力推进系统的设计与实现[J]. 刘全,王阳阳,杨强,程向红. 测控技术. 2016(03)
[4]可回转双桨船舶的等效舵效模型[J]. 黄辉,褚建新,魏宏磊,高迪驹. 哈尔滨工程大学学报. 2016(02)
[5]固定双桨驱动的无人水面艇自主直线路径跟踪系统[J]. 赵梦铠,王建华,裴肖颜,郑体强. 计算机应用. 2015(S1)
[6]基于等价舵角的可回转双桨推进船舶操纵研究[J]. 魏宏磊,褚建新,黄辉. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2015(03)
[7]永磁同步电机永磁磁链自适应观测器设计方法[J]. 邱腾飞,温旭辉,赵峰,王永兴. 中国电机工程学报. 2015(09)
[8]永磁同步电机电流预测控制电流静差消除算法[J]. 王庚,杨明,牛里,贵献国,徐殿国. 中国电机工程学报. 2015(10)
[9]USV发展现状及展望[J]. 柳晨光,初秀民,吴青,王桂冲. 中国造船. 2014(04)
[10]高速永磁电机设计与分析技术综述[J]. 董剑宁,黄允凯,金龙,林鹤云. 中国电机工程学报. 2014(27)
博士论文
[1]永磁同步电机直接转矩控制策略的研究[D]. 牛峰.河北工业大学 2015
硕士论文
[1]水面无人艇建模与运动控制系统设计[D]. 郑烈心.华南理工大学 2016
[2]无人艇航向运动控制器的设计与实现[D]. 葛增鲁.大连海事大学 2016
[3]水面无人艇运动控制系统设计与实现[D]. 田勇.大连海事大学 2016
[4]基于船舶电力推进系统的永磁同步电机直接转矩控制策略研究[D]. 曹林柏.大连海事大学 2016
[5]无人艇建模及操纵运动仿真的研究[D]. 黄西密.大连海事大学 2015
[6]基于DSP的永磁同步电机SVM-DTC系统设计[D]. 张智.武汉理工大学 2014
[7]永磁同步电机的直接转矩控制及其改进算法研究[D]. 刘又清.西安电子科技大学 2014
[8]船用永磁同步电机直接转矩控制仿真研究[D]. 池飞飞.武汉理工大学 2013
[9]基于模糊空间矢量调制的直接转矩控制系统的研究[D]. 张广远.大连交通大学 2012
[10]吊舱式电力推进系统的建模与仿真[D]. 杨江.武汉理工大学 2011
本文编号：2980206
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