智能控制在船舶推进电机DTC技术中的应用研究

摘要

随着现代交流调速技术的发展，交流调速系统的性能已经能够与直流调速系统相媲美。在船舶电力推进中，交流电力推进已占主导地位，并出现了交流异步推进电机、交流同步推进电机和永磁同步推进电机并存的局面。直接转矩控制(DTC)技术是继矢量控制技术之后新近发展起来的高性能交流调速控制方案，该技术算法简单，可实现对电机定子磁链和电磁转矩的直接控制，响应速度快，能够满足电力推进船舶对推进电机的动态响应要求，故本文采用DTC技术来控制推进电机。 本文选择异步电机作为船舶推进系统的主推动电机，在分析了异步电机DTC原理的基础上，在Matlab/Simulink仿真环境中建立异步电机传统DTC系统的仿真模型。针对传统DTC系统中存在的转矩脉动大的问题，引入智能控制策略，用模糊控制器代替了传统DTC系统中定子磁链和转矩的滞环比较器，使系统性能得到一定改善；为了固化逆变器的开关频率，对基于电压空间矢量脉宽调制(SpaceVector Pulse Width Modulation，SVPWM)算法的直接转矩控制系统进行分析研究并加以改进，引入模糊控制策略去获得期望的参考电压矢量；考虑到电力推进船舶推进器的特殊运行环境，以及使用速度传感器所带来的安装、维护、保养等问题，研究了无速度传感器技术，并将智能控制策略引入其中，建立了基于自适应线性神经网络和模糊神经网络的模型参考自适应系统的转速辨识模型。为了验证文中各智能控制策略的正确性与有效性，在Matlab/Simulink仿真环境中分别搭建了相应的仿真模型，从运行后得到的仿真结果中可以看出，与传统DTC方式相比，基于智能控制策略的推进电机DTC技术具有更好的动态性能，并且转速辨识结果也较为理想，说明本文提出的方法是正确的、可行的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2课题相关技术的国内外发展动态

1.2.1直接转矩控制存在的问题及研究热点

1.2.2智能控制的发展与特点

1.2.3智能控制在直接转矩控制中的应用

1.3论文的研究内容及主要工作

第2章异步电机直接转矩控制的基本原理与船舶模型分析

2.1直接转矩控制的基本思想

2.2异步电机的数学模型

2.3逆变器的数学模型及定子电压空间矢量

2.4电压空间矢量对定子磁链和电磁转矩的影响及调节

2.5直接转矩控制系统的基本结构

2.6电力推进船舶的船-桨系统

第3章异步电机直接转矩控制系统的建模与仿真研究

3.1系统建模与仿真软件简介

3.2传统直接转矩控制系统各组成子模块的建模

3.2.1定子磁链和电磁转矩观测模型

3.2.2定子磁链空间位置判断模型

3.2.3定子磁链调节器模型

3.2.4转矩调节器模型

3.2.5速度调节器模型

3.2.6开关状态选择单元模型

3.2.7逆变器和坐标变换模型

3.3船-桨系统模型

3.4异步电机传统直接转矩控制系统的建模

第4章基于智能控制策略的直接转矩控制系统

4.1基于模糊控制策略的直接转矩控制系统

4.1.1模糊逻辑控制的基本理论

4.1.2模糊控制器的设计

4.1.3基于模糊控制器的DTC系统建模

4.2基于模糊控制策略的空间矢量脉宽调制直接转矩控制系统

4.2.1电压空间矢量脉宽调制技术

4.2.2电压空间矢量脉宽调制模块的建模

4.2.3模糊控制器的设计

4.2.3基于模糊控制策略的SVPWM-DTC系统建模

第5章基于智能控制策略的直接转矩控制系统转速辨识

5.1转速辨识方法概述

5.1.1基于数学模型的开环估计法

5.1.2观测器估计法

5.1.3模型参考自适应控制法

5.1.4基于转子槽谐波的转速估计法

5.1.5高频信号注入法

5.1.6人工智能估计法

5.2基于神经网络的MRAS无速度传感器转速辨识

5.2.1自适应线性神经网络的基本原理

5.2.2基于Adaline-MRAS的转速辨识系统设计

5.2.3基于Adaline-MRAS的转速辨识系统建模

5.3基于模糊神经网络的MRAS无速度传感器转速辨识

5.3.1模糊神经网络的基本原理

5.3.2基于FNN-MRAS的转速辨识系统设计

5.3.3基于FNN-MR-AS的转速辨识系统建模

5.4基于无速度传感器转速辨识的异步电机直接转矩系统建模

第6章仿真结果与分析

6.1传统DTC系统仿真结果分析

6.2基于模糊控制策略的DTC系统仿真结果分析

6.3基于模糊控制策略的SVPWM-DTC系统仿真结果分析

6.4基于Adaline-MRAS转速辨识的DTC系统仿真结果分析

6.5基于FNN-MRAS转速辨识的DTC系统仿真结果分析

结 论

参考文献

致 谢