小功率船用推进电机矢量控制的研究

发布时间：2021-07-08 14:17

　　无人水面艇的推进电机是其运动控制的核心部分,其性能的优劣严重影响无人水面艇航行时的稳定性和操控精度。永磁同步电机因其重量较轻、体积较小、功率密度和效率较高等特点成为无人水面艇推进电机的最佳选择。针对永磁同步电机矢量控制转矩脉动较大,抗扰性差等问题,引入滑模控制和自抗扰控制理论,设计改进型电流环滑模控制器和改进型速度环自抗扰控制器。本文主要做了以下几方面的工作:以无人水面艇推进系统中的永磁同步电机为研究对象,建立了两相旋转坐标系下的数学模型,然后在分析矢量控制理论的基础上,对永磁同步电机矢量控制系统进行了仿真分析。采用滑模控制器代替电流环中的PI控制器,针对传统滑模控制存在抖振现象,引入超螺旋算法,有效减小转矩脉动。采用自抗扰控制器代替转速环中的PI控制器,为了减少自抗扰控制器中可调参数,将非线性自抗扰控制器线性化;为了提高负载观测能力,将线性状态观测器并联。仿真结果表明,改进后的系统具有动态性能好、转矩脉动小、抗扰性强的特性。然后,在螺旋桨负载特性的基础上构建了船-桨系统的仿真模型,以“蓝信”号无人水面艇为应用实例,实现永磁同步电机实船仿真研究。仿真结果表明,改进型矢量控制系统应用在无... 

【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．１?ＰＭＳＭ的种类??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?ＰＭＳＭ??

?小功率船用推进电机矢量控制的研究???导率与空气十分接近，因此交轴电感基本等于直轴电感。而对于内插式和内埋式永磁同??步电机，因为结构的原因，在产生电磁转矩的同时还会产生磁阻转矩。电机的不对称结??构和转子或者定子的铁磁饱和都会形成凸极，电机的设计阶段不可避免的产生凸极，好??处就在于在进行转子位置估算的时候利用凸极具有鲁棒性；而另一方面基于饱和的凸极??的位置会跟随定子电流幅值的变化而移动，导致其相对于转子的位置不固定，始终处于??一个动态的变化当中，此时自检测方法中的跟踪观测器将不再跟踪转子的位置，而是电??机里最大饱和的位置，这样就会导致转子位置估算的方法不够精确，鲁棒性低而且对参??数敏感。??２．?１．２永磁同步电机模型??（１）永磁同步电机物理模型??由于面装式ＰＭＳＭ具有构造简单，转动惯量小并且制造工艺简便等优点，因此本??文选用面装式ＰＭＳＭ展开研究。图２．２为一台面装式ＰＭＳＭ在两相旋转坐标系下的物??理模型。??Ｂ??賢??图２．２三相交流永磁同步电机物理模型??Ｆｉｇ．?２．２?Ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ?ＡＣ?ｐｅｒｍａｎｅｎｔ?ｍａｇｎｅｔ?ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ?ｍｏｔｏｒ??图２．２中，假定感应电动势的正方向与电流的正方向相反；负载转矩的正方向为顺??时针方向；电磁转矩和电机转速的正方向为逆时针方向。从图中可以看出，三个电枢绕??组轴线以２；ｒ／３电角度互为对称。我们将转子产生的永磁极方向定义为直轴方向，而逆??时针；ｒ／２度的方向为交轴方向。??－８?－??

?大连海事大学专业学位硕士学位论文???７１??图２．３?曲线??Ｆｉｇ．?２．３?ｔＱ－?Ｊ３?ｃｕｒｖｅ??将式（２．２０）表示为？？??ｔ，?＝?（２．２丨）??由式（２．２１）可以看出，转子永磁励磁磁场和定子电枢反应磁场相互作用产生电磁??转矩，并且受到两个磁场的相对位置和幅值影响。转子磁链矢量％．幅值不变，所以电磁??转矩取决于相对磁链矢量Ｋ的相位和电枢反应磁场＇乂的幅值。电枢绕组冇电流通过??时形成电枢磁场，电枢磁场对磁极形成的主磁场作用使得主磁场发生畸变，发生电枢反??应，促使机电能量转换，产生电磁转矩。??Ｇ?除产生电枢反应磁场外，还产生了电枢漏磁场，但此漏磁场不参与机电能量转??换，不会影响式（２．２１）所示的电磁转矩生成。??ｄ?（时间参考轴）??图２．４?ＰＭＳＭ相量图??Ｆｉｇ．?２．４?ＰＭＳＭ?ｐｈａｓｏｒ?ｄｉａｇｒａｍ??－１３?－??


本文编号：3271732