基于FPGA的水下航行器電力推進器控制研究.pdf

1、本文是基于FPGA的水下航行器電力推進器控制研究。推進器是水下航行器運行的關鍵部件，推進器最主要的組成部分是電機及其相關控制器，永磁同步電機以其調速范圍大、運行可靠;結構簡單、體積小、功率因數(shù)高等特點，在很多場合得到應用。當前，永磁同步電機的功率等級很多，針對推進器所需要的大功率電機，永磁同步電機能夠完全勝任。由于推進器工作的環(huán)境是在水下，推進器的體積不能太大且工況復雜，因此給電機的控制帶來了一定的難度。本文將著重對水下航行器電力推進器

2、的控制進行研究。
　　早期，航行器電力推進采用直流電動機。隨著科學技術的進步，交流推進電動機逐漸應用于電力推進系統(tǒng)中，如電勵磁同步電動機、異步電動機、永磁同步電動機等。其中永磁同步電機以其功率因數(shù)高、結構簡單、體積小、效率高等優(yōu)勢，在電力推進系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。在分析永磁同步電機工作原理和控制方法的基礎上，建立永磁同步電機的數(shù)學模型及其采用的控制策略，即直接轉矩控制、MTPA控制和矢量控制，設計了切實可行的方案:(1)以FPG

3、A芯片EPM570T144C5N為硬件基礎，設計電力推進器的矢量控制系統(tǒng)，給出了坐標變換模塊、CORDIC算法、數(shù)字PI模塊、電流環(huán)和速度位置環(huán)等模塊的具體實現(xiàn)方法和相應模塊的IP核及仿真驗證。(2)采用單片機芯片STM32F103RCT6為控制核心，設計采用矢量控制方式的永磁同步電機，硬件電路包括STM32F103RCT6最小系統(tǒng)、數(shù)字模擬部分電源設計、功率驅動電路、通信接口、空間矢量脈寬調制SVPWM和準諧振網(wǎng)絡參數(shù)確定。(3)論文

4、的創(chuàng)新點是電機驅動電路中的準諧振網(wǎng)絡參數(shù)確定問題——軟、硬開關進行研究，詳細對比軟、硬開關的兩種工作方式，得出開關管平穩(wěn)切換的條件和準諧振網(wǎng)絡參數(shù)確定方法。
　　論文最后對電力推進器采用直接轉矩控制和矢量控制進行了對比驗證，電力推進采用矢量控制方式比直接轉矩控制方式在調速范圍上寬，加負載后矢量控制方式運行更穩(wěn)定，速度精度和轉矩脈動都要比直接轉矩控制方式更好。在實驗平臺上以矢量控制方式進行實驗驗證，結果證明，矢量控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實