基于Weis-Fogh机构的船舶电力推进系统的研究

摘要

近年来,随着科学技术的进步,船舶电力推进越来越受到人们的重视。船舶电力推进具有机动性能好、燃料利用率高、占用空间少等优点,有着广阔的发展前景。Weis-Fogh机构是一种靠“振翅拍击和挥摆急动”产生大升力的机构。不同于普通的机翼升力机构,Weis-Fogh机构不存在Wagner效应,具有极好的机动性和起动性。将Weis-Fogh机构与电力推进结合在一起构建出来的船舶电力推进系统具有很高的研究价值。
　　 首先,本文通过模型对Weis-Fogh机构的升力原理进行了分析,并且分析了翼板间隙对Weis-Fogh机制的影响。在平旋Weis-Fogh机构的基础上,设计了一种四叶型平旋Weis-Fogh机构作为推进装置。并利用Fluent软件对Weis-Fogh机构进行了仿真研究,仿真结果验证了四叶型平旋Weis-Fogh机构的脉动性和平均推力均优于单叶型平旋Weis-Fogh机构,是一种性能良好的推进装置。
　　 其次,结合设计的Weis-Fogh机构,对推进系统进行结构设计。采用永磁同步电动机作为推进装置的驱动单元,选用的矢量控制作为控制策略并结合SVPWM技术,完成驱动系统的设计。针对传统PID控制无法实现控制参数自整定的缺点,选择具有自适应能力的单神经元PID控制器作为速度环的调节器,以提高整个系统的性能。在MATLAB的Simulink仿真环境下搭驱动系统的仿真模型,进行仿真研究,通过结果验证了系统具有很好的动静态性能。
　　 最后,以TI公司的电机专用DSP芯片TMS320F2812为控制核心,对系统的主要电路进行了设计。在硬件电路基础上,结合系统的仿真研究,完成了包括永磁同步电动机矢量控制算法、SVPWM生成、相关量检测等模块的系统软件设计。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题的来源和意义

1.2 电力推进国内外的发展现状

1.3 Weis-Fogh机构国内外的发展现状

1.4 论文的主要工作

第2章 Weis-Fogh机构的原理分析及选择

2.1 Weis-Fogh机制的原理

2.2 Weis-Fogh机构的升力分析

2.2.1 Weis-Fogh机构的简化模型

2.2.2 基于单翼模型的Weis-Fogh机构升力分析

2.2.3 翼板间隙对Weis-Fogh机制的影响

2.3 Weis-Fogh机构的选择

2.3.1 几种Weis-Fogh机构

2.3.2 Weis-Fogh机构的选择

2.4 本章小结

第3章 Weis-Fogh机构的仿真研究

3.1 仿真软件介绍

3.2 Weis-Fogh机构仿真模型的建立

3.3 仿真结果分析

3.3.1 Weis-Fogh机构简化模型的仿真结果分析

3.3.2 单叶型平旋Weis-Fogh机构的仿真结果分析

3.3.3 四叶型平旋Weis-Fogh机构的仿真结果分析

3.4 本章小结

第4章 驱动系统的结构设计

4.1 驱动单元的选择

4.2 驱动单元的控制策略

4.2.1 永磁同步电动机的数学模型

4.2.2 永磁同步电动机矢量控制原理

4.2.3 电压空间矢量(SVPWM)技术

4.3 驱动系统的整体结构

4.4 控制器的设计

4.4.1 单神经元模型

4.4.2 单神经元PID控制原理

4.4.3 单神经元PID控制器的学习算法

4.5 本章小结

第5章 驱动系统的仿真研究

5.1 驱动系统仿真模型的建立

5.1.1 坐标变换模块

5.1.2 SVPWM模块

5.1.3 单神经元PID控制器

5.1.4 驱动系统仿真模型

5.2 仿真结果分析

5.3 本章小结

第6章 驱动系统硬件和软件实现

6.1 驱动系统的硬件实现

6.1.1 逆变电路

6.1.2 主控电路

6.1.3 功率驱动电路

6.1.4 相电流检测电路

6.1.5 转角和转速检测电路

6.2 驱动系统软件实现

6.2.1 软件结构概述

6.2.2 主程序

6.2.3 定时器下溢中断服务程序

6.2.4 电流检测模块

6.2.5 转子位置检测模块和转速计算模块

6.2.6 速度调节模块和电流调节模块

6.2.7 坐标变换模块

6.2.8 SVPWM模块

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢