基于螺旋桨负载的永磁同步电机直接转矩控制系统分析与设计

摘要

随着我国科技自主化程度不断提高，出现了越来越多的专利研究，船舶推进从机械推进慢慢的向着电力推进发展，国内外都出现了许多新的研究内容。当前，船舶电力推进在我国的发展情况还处于初级阶段，在开发控制系统及自主化设计中还存在着诸多问题，因此对于船舶电力推进各个方面的研究是非常有必要的，特别是在模型及控制方式的研究上尤其重要，这对电力推进技术的发展起到很大的推动作用。本课题对此进行了仿真研究。
　　本文首先针对永磁同步电机直接转矩控制系统，分析了永磁同步电机的特性以及直接转矩控制的控制方法，并建立了各自的数学模型和MATLAB/Simulink仿真模型。
　　针对直接转矩控制中存在开关频率不固定、转矩波动大等问题，继而分析了基于空间矢量调制的直接转矩控制系统，着重分析了参考电压矢量的确定与选择，同时，在MATLAB/Simulink环境中建立了空间矢量脉宽调制的直接转矩控制系统仿真模型。结果表明，空间矢量调制直接转矩控制系统显著提高了系统的稳定性，同时也有效减小了永磁同步电机所产生的的转矩脉动、极大提高了系统的控制性能。
　　由于船舶在航行的过程中会受到很多方面的阻力，例如船体摩擦阻力，涡流阻力、波浪阻力等。本文考虑船体的阻力和波浪阻力两方面，因波浪阻力不规则，且无法建立有效的数学模型，故采用迭代学习控制。迭代学习控制是一种离线的学习过程，它不依赖于动态系统的精确数学模型，可以通过对比输出值大小与给定值大小的差值来修复不稳定的信号，从而产生稳定的控制信号，提高系统的稳定性与跟踪性。在本文中抑制波浪载荷方面有明显的优势。
　　在文章末端详细介绍并分析了船舶螺旋桨的原理及数学模型，并在MATLAB中建立了船-桨仿真模型，并在螺旋桨的模型中加入波浪阻力，结合迭代学习控制算法，建立了基于迭代学习的直接转矩控制系统仿真模型，通过对两个模型的的仿真得出，基于迭代学习的直接转矩控制系统可以很好的抑制波浪负载所带来的干扰，使船舶得以稳定运行，具有一定的现实意义。

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内、外研究现状与发展趋势

1.3 本文研究内容

第2章 永磁同步电机的种类及数学模型

2.1 永磁同步电机（PMSM）的分类

2.2 坐标变换

2.3永磁同步电机的电压方程和转矩公式

2.4 永磁同步电机系统运动方程

2.5 本章小结

第3章 直接转矩控制的原理及建模

3.1 直接转矩控制的基本原理

3.2 永磁同步电机直接转矩控制

3.3 永磁同步电机直接转矩控制系统的模型建立

3.4 直接转矩控制系统模型的建立及磁链的仿真

3.5 本章小结

第4章 永磁同步电机控制方式研究

4.1 基于空间矢量调制的PMSM-DTC控制系统的研究

4.2 基于迭代学习控制的PMSM-DTC控制系统的研究

4.3 本章小结

第5章 船舶电力推进螺旋桨的特性及仿真建模

5.1 螺旋桨的工作特性

5.2 船舶螺旋桨仿真建模

5.3 本章小结

第6章 螺旋桨负载的SVM-DTC控制系统仿真

6.1 船舶螺旋桨模型的建立及仿真

6.2 船舶在运行中所受到的波浪干扰

6.3 螺旋桨负载SVM-DTC控制系统仿真

6.4 本章小结

总结与展望

全文总结

工作展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢