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

发布时间：2017-09-25 02:09

  本文关键词：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

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【摘要】：船舶电力推进技术具有良好的操纵性能、节省燃料成本、维护方便等优点,已成为国内外舰船研究的热点。本文以永磁同步电机为研究对象,以直接转矩控制理论为基本的控制方法,为完善和改进永磁同步电机直接转矩控制技术应用于船舶电力推进系统提供理论依据。本文首先研究了永磁同步电机直接转矩控制应用于电力推进船舶的研究意义,并对电力推进技术和直接转矩控制技术的发展历史和国内外研究现状进行了详细的阐述。然后,通过分析永磁同步电机的数学模型和直接转矩控制的实现方法,分别搭建了传统直接转矩控制和基于空间矢量调制技术的直接转矩控制(SVM-DTC)的仿真模型,并对两种方法的控制效果和优缺点进行了对比。之后,建立了直接转矩控制实验平台,完成了控制算法的程序编写和调试,实现了永磁同步电机的直接转矩控制。最后,分析了永磁同步电机功率因数角和磁链给定值之间的关系,推导出在永磁同步电机直接转矩控制系统中,控制电机在给定功率因数角下运行的磁链给定值计算方法,并提出一种优化的磁链自适应单位功率因数控制策略。通过搭建仿真模型,验证了该方法的正确性。同时,在研究船舶螺旋桨数学模型的基础上,搭建了船舶电力推进系统的综合仿真模型,将提出的优化控制策略应用到该系统中,仿真结果表明,该控制策略在船舶电力推进系统中,能够控制推进电机在单位功率因数状态下稳定运行,再次验证了所提方法的有效性。
【关键词】：船舶电力推进 永磁同步电机 直接转矩控制 控制策略
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.3;TM341
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 课题的国内外研究现状10-13
• 1.2.1 永磁同步电机直接转矩控制技术的发展及研究现状10-11
• 1.2.2 船舶电力推进技术的国内外研究现状11-13
• 1.3 论文主要研究内容13-14
• 第2章 永磁同步电动机的结构和数学模型14-19
• 2.1 永磁同步电机的结构和分类14-15
• 2.1.1 表面式转子结构14
• 2.1.2 内置式转子结构14-15
• 2.1.3 永磁同步电机的分类15
• 2.2 永磁同步电机的数学模型15-18
• 2.2.1 三相静止坐标系下的数学模型15-16
• 2.2.2 两相静止坐标系下的数学模型16-17
• 2.2.3 两相旋转坐标系下的数学模型17-18
• 2.3 本章小结18-19
• 第3章 永磁同步电机直接转矩控制系统建模及仿真研究19-32
• 3.1 传统的直接转矩控制方法19-24
• 3.1.1 电压和电流3/2变换模块20
• 3.1.3 磁链估计和转矩模块20-21
• 3.1.4 扇区判断模块21-22
• 3.1.5 磁链与转矩控制模块22-24
• 3.1.6 电压矢量开关表选择模块24
• 3.2 基于空间电压矢量调制技术的直接转矩控制方法24-27
• 3.2.1 参考电压矢量的计算模块25-27
• 3.2.2 空间电压矢量调制模块27
• 3.3 永磁同步电机直接转矩控制的仿真和对比分析27-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 永磁同步电机直接转矩控制系统的实现研究32-46
• 4.1 直接转矩控制系统硬件组成32
• 4.2 主电路的设计32-34
• 4.3 控制电路设计34-38
• 4.3.1 控制器DSP的介绍34
• 4.3.2 隔离电路设计34-35
• 4.3.3 直流母线电压检测电路35-36
• 4.3.4 定子电流检测电路36-37
• 4.3.5 转速和转矩检测电路设计37-38
• 4.4 直接转矩控制系统软件设计38-42
• 4.4.1 主程序设计39-40
• 4.4.2 ADC中断服务程序设计40-41
• 4.4.3 CAP捕获中断41-42
• 4.4.4 PI调节器的实现42
• 4.5 实验平台及结果分析42-45
• 4.6 本章小结45-46
• 第5章 PMSM DTC优化控制策略研究46-59
• 5.1 几种典型运行状态向量图分析46-47
• 5.2 功率因数角与定子磁链的关系研究47-48
• 5.3 功率因数角与定子磁链的定量关系研究48-50
• 5.4 磁链自适应单位功率因数控制策略的研究50-51
• 5.5 优化控制策略的DTC仿真验证与结果分析51-58
• 5.5.1 功率因数角与定子磁链给定值关系仿真51-56
• 5.5.2 磁链自适应单位功率因数控制策略仿真56-58
• 5.6 本章小结58-59
• 第6章 船舶电力推进系统的控制策略研究59-69
• 6.1 船桨模型59-62
• 6.1.1 船舶螺旋桨数学模型59-60
• 6.1.2 与船体作用后螺旋桨的数学模型60-61
• 6.1.3 船舶运动数学模型61-62
• 6.2 船桨模型的仿真62-64
• 6.3 船舶电力推进系统的综合仿真分析64-68
• 6.4 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-74
• 攻读学位期间公开发表论文74-75
• 致谢75

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本文编号：914755