船舶电力推进自动控制系统设计与研究

摘要

本文以吊舱式电力推进系统为研究对象，对电力推进系统进行了深入分析和研究，并在此基础上设计了基于PLC技术的电力推进控制系统。论文主要完成的工作有电力推进控制系统设计和程序编写、异步电机直接转矩控制系统的数学建模和MATLAB仿真。
　　系统设计采用西门子PLC作为主控单元，推进电机和旋转电机选用异步电机。采用两套PLC控制系统实现系统冗余，当主系统出现故障时能自动切换到备用系统，使系统可靠性大大提高。PLC通过变频器来调节电机的转速，并通过绝对值编码器和速度传感器来反馈旋转电机的位置和推进电机的速度，从而对船舶航线方向和速度进行控制。主备用PLC站点之间以及分布式I/O模块与主备用站点之间通过PROFIBUS总线进行连接，分布式I/O模块通过模拟量输出接口和数字量输出接口分别对变频器的转速和启停转向进行控制，绝对值编码器和PLC之间通过串行通信(SSI)接口进行连接。程序的编写采用step7编程软件的梯形图(LAD)语言，实现了吊舱的基本控制功能，主要包括:推进电机的速度给定、反馈检测与调节，旋转电机位置的检测和位置调节。
　　论文最后对异步电机直接转矩控制技术进行了数学建摸和MATLAB仿真。在对异步电机数学模型进行了分析的基础上，通过坐标变换，建立了在两相静止坐标下异步电机数学模型，并对变频器原理进行了探讨。异步电机直接转矩控制是通过对定子磁链大小和方向的控制来调节电机的转矩，从而达到控制转速的目的。定子磁链的观测采用u-i模型。最后通过MATLAB数学仿真软件中Simulink工作箱对直接转矩控制系统进行了仿真，并对结果进行分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 船舶电力推进控制系统技术综述

1．2．1 PLC技术

1．2．2 电机调速技术

1．2．3 综合电力推进技术

1．3 国内外研究现状

1．4 论文的主要研究内容

第2章 电力推进系统的组成

2．1 电力推进系统及种类

2．2 发电系统

2．3 配电系统

2．4 变频器和推进电机

2．5 吊舱式推进器系统

2．6 吊舱电力推进系统优缺点

2．7 本章小结

第3章 电力推进控制系统设计

3．1 系统总体设计

3．2 系统硬件设备选型

3．2．1 变频器的选择

3．2．2 PLC硬件模块选择

3．3 变频器通信

3．4 系统程序设计

3．4．1 系统冗余程序设计

3．4．2 推进电机控制程序设计

3．4．3 旋转电机控制程序设计

3．5 本章小结

第4章 异步电机直接转矩控制系统数学建模及仿真

4．1 变频器数学模型

4．2 异步电机数学模型

4．2．1 三相静止坐标下异步电机数学模型

4．2．2 两相静止坐标系下异步电机的数学模型

4．3 异步电机直接转矩控制数学模型

4．3．1 原理分析

4．3．2 空间电压矢量的选择

4．3．3 转矩和磁链的调节

4．4 异步电机直接转矩仿真的实现

4．4．1 仿真工具的选择

4．4．2 MATLAB模型的建立

4．4．3 仿真结果分析

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

致谢

研究生履历