潜器全方位推进器主轴控制系统研究

摘要

潜器是海洋开发与研究的重要工具之一，目前正朝着轻量化和小型化的方向发展。全方位推进器通过控制螺旋桨叶片螺距角的周期性变化，可以产生前后、上下、左右六个方向的推力，采用全方位推进器可以减少潜器所需推进器的数目，从而减少潜器本身的重量及体积，因而具有广阔的工程实用前景。 与传统潜器推进器相比，全方位推进器运动规律更为复杂，控制系统的建模和设计与以往有较大区别。本论文的主要工作围绕全方位推进器主轴控制系统的研究展开。对全方位推进器的工作原理、水动力的性能和受力情况进行了详细的分析。对螺旋桨负载和电机转动力矩进行估算，结合该控制系统的要求，确定永磁同步电机调速控制方案为矢量控制。电机的转矩控制最终归结为交直轴电流的控制，结合本课题所采用的面装式永磁同步电机，选用i<,d>=0的转子磁场定向矢量控制方法。按照自动控制系统调节器的工程设计方法，完成系统电流环和速度环的设计。针对该系统具有非线性、时变性和外扰影响的特点，本文采用了模糊自适应PI控制器。并对模糊自适应PI控制系统进行了仿真，结果表明该控制策略相对于常规PI控制策略能有较好的控制效果，并可提高系统的抗负载干扰能力和系统响应的快速性。

目录

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第1章绪论

1.1潜器全方位推进器研究的意义与背景

1.2潜器全方位推进器国内外研究现状

1.3潜器全方位推进器主轴转速控制系统

1.4本论文的主要内容

第2章潜器全方位推进器水动力性能分析

2.1潜器全方位推进器的工作原理

2.2潜器全方位推进器水动力数学模型

2.3潜器全方位推进器主要参数对其水动力性能的影响

2.4潜器全方位推进器的推力和力矩分析

2.5本章小结

第3章潜器全方位推进器主轴控制系统矢量控制方法研究

3.1潜器全方位推进器主轴控制系统构成方案

3.1.1潜器全方位推进器主轴控制系统

3.1.2控制系统设计指标

3.1.3参数计算

3.2永磁同步电机的数学模型

3.3永磁同步电机矢量控制策略

3.3.1矢量控制技术

3.3.2矢量控制方法

3.4本章小结

第4章潜器全方位推进器主轴控制系统控制器设计

4.1电流环控制器的设计

4.2速度环控制器的设计

4.2.1 PI控制器

4.2.2模糊控制器

4.3本章小结

第5章潜器全方位推进器主轴控制系统仿真

5.1永磁同步电机仿真模型的建立

5.1.1坐标变换模块模型

5.1.2电流和速度PI控制模块模型

5.1.3 PMSM控制系统的仿真模型

5.2 PI控制器系统仿真

5.2.1仿真电机参数

5.2.2仿真结果

5.3模糊控制器系统仿真

5.3.1用MATLAB模糊逻辑工具箱建立PI控制器

5.3.2系统仿真构图

5.3.3系统仿真结果及分析

5.4本章小结

结论

参考文献

致谢