船舶电力推进用九相永磁电机的驱动技术研究

发布时间：2017-08-04 03:22

  本文关键词：船舶电力推进用九相永磁电机的驱动技术研究

  更多相关文章： 新能源 船舶电力推进 多相永磁电机 DSP+FPGA 多相载波调制

【摘要】：由于在低压大功率的场合中,多相永磁电机可以通过分摊每相电流降低单个开关管上的功率,所以非常适合船舶电力推进系统等供电电压受限的环境。其中三Y移20°九相永磁同步电机(PMSM)比六相电机具有更强的容错能力、更小的转矩脉动和更灵活的控制方法,日益受到新能源电机、轨道交通和军舰驱动等领域的青睐。同时其非正弦绕组情况下的数学模型和驱动控制策略也相对更加复杂,目前尚没有完整的高性能控制方案,仍需广大学者作进一步的研究。本文以三Y移20°九相永磁电机为研究对象,围绕其本体模型、控制策略和调制算法等关键问题进行了如下工作:首先,对多相永磁电机的磁势进行了简要的分析,通过对多相永磁电机谐波子空间的分析从对称多相电机坐标变换的一般形式中推导出了绕组非正弦式三Y移20°九相电机的Clarke变换矩阵,并由此进一步推导出其在旋转坐标系下的数学模型。其次,在三相载波PWM调制的理论基础上,探究了多相载波PWM的实现方法。结合多维子空间矢量控制策略,提出绕组非正弦式三Y移20°九相电机的电流环控制框图。并在MATLAB/Simulink下对基波子空间矢量控制和多维子空间矢量控制经行了仿真分析,结果表明后者已经可以有效抑制系统的谐波并具有较快的响应速度。再次,针对九相永磁同步电机控制系统设计了基于DSP+FPGA构架的通用硬件平台,在该平台下对DSP和FPGA进行了合理的任务划分。并在FPGA中实现了可并口配置的多路PWM发生器,给出了DSP中控制算法实现的软件流程图。最后,通过实验检验了硬件平台下HDL设计和主要外设设计的有效性。结果表明,硬件平台可以实现相应功能并已初步具备实现三Y移20°九相电机基于载波调制多维子空间矢量控制算法的条件。
【关键词】：新能源 船舶电力推进 多相永磁电机 DSP+FPGA 多相载波调制
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.3;TM351
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 引言9
• 1.2 课题背景9-12
• 1.2.1 多相永磁电机9-10
• 1.2.2 船舶电力推进技术10-11
• 1.2.3 多相永磁电机在船舶电力推进中的应用11-12
• 1.3 多相电机及其驱动技术研究综述12-17
• 1.3.1 多相电机国内外应用现状12-13
• 1.3.2 多相电机本体研究13
• 1.3.3 多相电机控制策略13-15
• 1.3.4 多相电机控制系统的PWM调制策略15-16
• 1.3.5 控制系统硬件平台的实现方案16-17
• 1.4 课题来源及本文工作17-18
• 第2章 多相永磁同步电机的数学模型18-34
• 2.1 引言18
• 2.2 多相永磁同步电机的定子绕组18-19
• 2.2.1 对称绕组与非对称绕组18-19
• 2.2.2 定子绕组的正弦式分布与非正弦式分布19
• 2.3 多相永磁同步电机的谐波磁势分析19-22
• 2.3.1 电机定子的绕组函数20-21
• 2.3.2 多相永磁电机的合成磁动势21-22
• 2.4 多相永磁同步电机的建模方法22-23
• 2.5 多相永磁电机的相变量数学模型23-24
• 2.6 多相永磁同步电机的坐标变换24-32
• 2.6.1 三相永磁同步电机的坐标变换25-26
• 2.6.2 多相交流电机的广义坐标变换26-29
• 2.6.3 不对称九相永磁同步电机的Clarke变换29-31
• 2.6.4 不对称九相永磁同步电机的Park变换31-32
• 2.7 旋转坐标系下非对称九相永磁同步电机的数学模型32-33
• 2.8 本章小结33-34
• 第3章 非对称九相永磁同步电机的控制策略研究34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 九相逆变电路拓扑结构34-36
• 3.3 九相永磁同步电机的PWM调制策略36-43
• 3.3.1 负载等效电路36-37
• 3.3.2 基于最大矢量SVPWM的调制思想37-39
• 3.3.3 基于载波的多相PWM调制策略39-43
• 3.4 多相永磁电机的多维子空间矢量控制策略43-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第4章 MATLAB/Simulink建模与仿真分析46-56
• 4.1 引言46
• 4.2 不对称九相永磁电机本体仿真模型46-49
• 4.2.1 电机的电气部分仿真模型47-49
• 4.2.2 电机的机械部分仿真模型49
• 4.3 基于载波的逆变系统仿真模型49-50
• 4.4 模拟测功机的仿真模型50
• 4.5 基波子空间的矢量控制系统仿真50-53
• 4.6 基于多维矢量空间解耦控制系统仿真53-55
• 4.7 本章小结55-56
• 第5章 九相永磁同步电机控制系统实现56-78
• 5.1 引言56
• 5.2 控制系统电气平台的设计方案56-58
• 5.3 九相永磁电机控制器硬件平台总体设计58-60
• 5.3.1 硬件平台总体框图58-59
• 5.3.2 数字处理系统的芯片选型59
• 5.3.3 主要外设的芯片选型59-60
• 5.4 硬件平台电源设计60-64
• 5.4.1 电源的总体配置60-61
• 5.4.2 数字处理系统专用电源设计61-64
• 5.5 旋转变压器解码电路设计64-66
• 5.5.1 旋转变压器解码电路工作原理64-65
• 5.5.2 旋转变压器信号调理电路设计65-66
• 5.6 基于DSP的控制算法实现66-69
• 5.6.1 数值的标幺化66-67
• 5.6.2 DSP软件流程67-69
• 5.7 FPGA的HDL设计69-77
• 5.7.1 FPGA的开发流程和总体设计69
• 5.7.2 基于FPGA的并.通信设计69-71
• 5.7.3 基于FPGA的PWM发生器模块71-73
• 5.7.4 基于FPGA的SPI通信接.设计73-74
• 5.7.5 基于FPGA的故障逻辑处理74-77
• 5.8 本章小结77-78
• 第6章基于硬件平台的实验78-82
• 6.1 引言78
• 6.2 硬件的基本功能验证78-80
• 6.2.1 专用电源的带载上电实验78-79
• 6.2.2 基于FPGA和旋变解码电路的位置检测试验79-80
• 6.3 基于FPGA的三相SPWM发波实验80-81
• 6.4 本章小结81-82
• 第7章 总结与展望82-84
• 7.1 全文总结82
• 7.2 工作展望82-84
• 参考文献84-87
• 致谢87-88
• 个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果88

，

本文编号：617541