岛际小型电动船舶永磁同步电机控制器的研究

发布时间：2017-09-08 15:47

  本文关键词：岛际小型电动船舶永磁同步电机控制器的研究

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【摘要】：目前舟山现有的岛际小型交通船仍以柴油机船舶为主,柴油机船舶在工作时不仅会产生大量的废气,而且会发出很大的噪声,因此不符合环保和节能的要求。然而,电动船舶的电力推进系统采用蓄电池进行供电,码头或港口补充能量,可以完全摒弃传统的柴油机动力,避免柴油机产生的废气和噪声对海洋环境造成污染,并大大提高了工作效率。随着高能蓄电池和快速充电技术不断发展,现代电动船舶完全可以在短途的岛际交通运输中实现与电动汽车同样的价值。以蓄电池为供电来源的船舶电力推进技术在国内才刚刚起步,而电力推进效率的关键之一就是电机控制器的性能。由于永磁同步电机(PMSM)与其它推进电机相比,其整体性能很高,但目前只适用于小功率推进系统,因此本文以岛际小型电动船舶的直流推进系统为研究对象,主要对PMSM控制器进行了研究。首先对PMSM的矢量控制理论进行剖析,选择了速度环和电流环的双闭环PI调节的控制方案。在数学模型的基础上,重点介绍了id=0的PMSM矢量控制方式,并详细阐述了SVPWM的脉宽调制方法的实现过程。其次,硬件的设计基于Altium Designer Winter 09开发平台,以TI公司的DSP芯片TMS320F2812为关键元器件设计了PMSM控制器的控制板硬件电路,以Fuji公司的功率开关器件IGBT模块2MBI200S-120为关键元器件设计了PMSM控制器的功率板硬件电路,并以风帆公司的蓄电池6-CQ(A)-225为单体设计了直流供电系统。此外,软件的设计基于CCS 3.3开发环境,采用C语言编写了的PMSM矢量控制系统软件部分。最后,为了检验本文设计的PMSM控制器能否适应系统的控制要求,一方面,基于Matlab/Simulink平台,搭建了PMSM的矢量控制系统仿真模型,仿真结果表明该系统的静态性能和动态性能符合要求。另一方面,设计了相应的PMSM控制器实验装置,实验结果进一步表明,该控制器能够满足小型岛际电动船推进电机的实际应用要求。
【关键词】：电动船舶 PMSM 矢量控制 DSP SVPWM
【学位授予单位】：浙江海洋学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U665.11;TM341
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 课题研究背景和意义13-15
• 1.2 国内外电动船舶研究现状15-16
• 1.2.1 国外电动船舶研究现状15
• 1.2.2 国内电动船舶研究现状15-16
• 1.3 PMSM的优越性及其控制要求16-18
• 1.3.1 多种推进电动机的比较16-17
• 1.3.2 PMSM控制器的性能指标以及控制要求17-18
• 1.4 PMSM矢量控制策略的发展及应用18
• 1.5 课题主要研究内容18-20
• 第二章PMSM的矢量控制算法实现原理20-37
• 2.1 永磁同步电机的数学模型20-22
• 2.2 PMSM矢量控制方式的选择22-23
• 2.3 PMSM的矢量控制模型23-24
• 2.4 SVPWM算法的实现24-37
• 2.4.1 SVPWM的基本原理25-27
• 2.4.2 SVPWM法则27-32
• 2.4.3 合成矢量所在扇区号的判断32-33
• 2.4.4 基本矢量的作用时间计算33-37
• 第三章 控制器的硬件设计37-48
• 3.1 控制板硬件设计38-41
• 3.1.1 主控芯片及其外围接口电路38-39
• 3.1.2 电源转换接口电路39-40
• 3.1.3 正交编码脉冲电路40-41
• 3.1.4 其他电路41
• 3.2 功率板硬件设计41-48
• 3.2.1 主电路41-43
• 3.2.2 三相逆变桥的IGBT驱动电路43-44
• 3.2.3 检测电路44-48
• 第四章 电池系统48-52
• 4.1 电动船舶的负荷计算48-49
• 4.2 蓄电池的连接方式49-51
• 4.3 电池管理系统51-52
• 第五章 系统软件设计52-58
• 5.1 软件开发系统52
• 5.2 系统主程序52-53
• 5.3 定子电流与直流母线电压/电流检测子程序53-54
• 5.4 转子位置/速度检测子程序54-55
• 5.5 数字PI调节子程序55-56
• 5.6 SVPWM发生子程序56-58
• 第六章PMSM控制器仿真试验58-65
• 6.1 仿真模型的建立58
• 6.2 仿真结果分析58-65
• 第七章 永磁同步电机控制器产品试制研究65-69
• 7.1 电动船控制器的电磁兼容性设计65-67
• 7.1.1 强电部分电磁兼容性设计65-66
• 7.1.2 弱电部分电磁兼容性设计66-67
• 7.2 实验结果分析67-69
• 第八章 总结和展望69-71
• 8.1 全文总结69
• 8.2 后续展望69-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 在读期间发表的学术论文及研究成果75-76
• 附录1 PWM输出程序76-77
• 附录2 正交编码脉冲输入控制程序7

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本文编号：814907