船舶永磁同步推进电机控制系统研究与设计

发布时间：2017-04-12 17:23

  本文关键词：船舶永磁同步推进电机控制系统研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,由于电力推进技术可降低燃油消耗、提高船舶操纵性能和节约船舶空间等优点,使其成为船舶推进系统的主要发展方向。永磁同步电机具有效率高、功率密度大和动态响应快等优点,作为船舶推进电机广泛应用于船舶电力推进系统中。本文以船舶永磁同步推进电机作为研究对象,对其矢量控制系统及调速性能进行深入研究。本文首先分析了在不同坐标系下永磁同步电机的数学模型,在其基础上对永磁同步电机矢量控制方法进行了研究。通过对螺旋桨负载特性的分析,建立了船-桨数学模型,并对其进行了仿真研究。根据螺旋桨负载转矩特性并结合矢量控制原理,建立船-机-桨整体仿真模型,对其进行仿真研究,实现了矢量控制的id=0控制策略。其次,在理论分析的基础上,对船舶永磁同步推进电机矢量控制系统进行硬件和软件设计,硬件设计包括：以TMS320F28335型DSP芯片为核心的控制电路,以不可控整流桥及其滤波电路、三相逆变桥及其吸收电路为核心的主电路,以M57962L驱动芯片为核心的IGBT驱动电路以及硬件保护电路。在CCS3.3开发环境下,采用模块化设计思想,结合汇编语言和C语言进行软件设计。系统可以分为初始化、主程序和中断服务子程序三部分。文中给出了软件设计的结构流程以及转速、电流双闭环控制的设计方法,并提出了一种具有死区补偿的SVPWM算法,该方法能够有效地抑制死区效应,使系统的控制性能得到改善。文章最后,设计出一套能够用于小型船舶电力推进的变频驱动装置,测得了该装置的输出波形和调试过程波形,对系统的性能做出了比较详细的分析。实际测试结果表明,该控制系统具备良好的动静态性能,可以实现船舶永磁同步推进电机的精确转速控制。
【关键词】：船舶电力推进 船舶永磁同步推进电机 矢量控制 SVPWM DSP
【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
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景和意义10-12
• 1.2 课题的国内外研究现状12-15
• 1.2.1 船舶永磁同步电机控制技术研究现状12-14
• 1.2.2 船舶推进电机的种类及特点14-15
• 1.3 本文主要工作与结构安排15-18
• 第2章 螺旋桨负载特性下船舶永磁同步推进电机矢量控制研究18-32
• 2.1 永磁同步电机数学模型18-22
• 2.2 永磁同步电机矢量控制策略22-24
• 2.3 船舶螺旋桨负载特性24-29
• 2.3.1 螺旋桨的基本参数24
• 2.3.2 螺旋桨负载特性的数学模型24-27
• 2.3.3 船-桨建模仿真分析27-29
• 2.4 船-机-桨整体建模仿真研究29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 船舶永磁同步推进电机控制系统的硬件设计32-47
• 3.1 船舶永磁同步推进电机矢量控制系统硬件结构32-33
• 3.2 主电路设计33-35
• 3.3 控制电路设计35-42
• 3.3.1 TMS320F28335最小系统的设计35-37
• 3.3.2 转速与转子位置检测电路37-39
• 3.3.3 电压电流检测及调理电路39-41
• 3.3.4 外设扩展电路41
• 3.3.5 通信电路41-42
• 3.4 驱动电路和保护电路设计42-44
• 3.5 PCB制作与系统抗干扰44-46
• 3.5.1 PCB板的设计44-45
• 3.5.2 系统抗干扰设计45-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 船舶永磁同步推进电机控制系统的软件设计47-64
• 4.1 主程序设计47-48
• 4.2 中断服务子程序设计48-49
• 4.3 转速与电流双闭环设计49-51
• 4.4 考虑死区补偿的SVPWM算法设计51-63
• 4.4.1 SVPWM调制方法的实现52-56
• 4.4.2 SVPWM逆变器死区效应分析56-59
• 4.4.3 时间补偿法59-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第5章 实验结果分析64-71
• 5.1 实验装置及电机相关参数64-65
• 5.2 测试波形及相关数据分析65-70
• 5.2.1 编码器波形分析65-66
• 5.2.2 驱动波形分析66-67
• 5.2.3 调速波形分析67-69
• 5.2.4 死区补偿数据分析69-70
• 5.3 本章小结70-71
• 总结与展望71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 攻读硕士学位期间公开发表论文77-78
• 作者简介78

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本文编号：301802