船舶電力推進六相同步電動機控制系統(tǒng)研究.pdf

1、船舶電力推進是一種先進的推進方式，近幾十年達(dá)到了空前繁榮。推進電動機及其控制技術(shù)是船舶電力推進的關(guān)鍵技術(shù)之一，船舶電力推進系統(tǒng)由推進電動機、推進電機逆變器、船舶推進器和控制裝置構(gòu)成。本論文所研究的船舶電力推進系統(tǒng)各個組成部分分別是：雙Y移30°六相電勵磁同步電動機、二極管嵌位式三電平逆變器、定距螺旋槳船舶推進器和采用基于氣隙磁場定向矢量控制策略的電力推進系統(tǒng)控制裝置。 本課題來源于“艦船綜合電力技術(shù)”國家重點實驗室建設(shè)和研究課題

2、“艦船綜合電力推進系統(tǒng)計算機仿真研究”。 在綜合分析國內(nèi)外船舶電力推進系統(tǒng)研究和發(fā)展形勢的基礎(chǔ)上，本文對船舶電力推進系統(tǒng)進行了深入探討，重點針對基于三電平多相電勵磁同步電動機的控制策略及其船舶電力推進電動機控制系統(tǒng)進行研究，并針對該控制系統(tǒng)所涉及的問題尋求改進措施。全文主要包括以下一些內(nèi)容： 針對多相電動機的高次諧波情況和電磁關(guān)系進行研究?；谂煽俗儞Q的思想獲得dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的多相電勵磁同步電動機數(shù)學(xué)模型；并提出了對多

3、相電機通用的簡化數(shù)學(xué)模型；以雙Y移30°六相電勵磁同步電動機為研究對象進行了仿真研究。 針對多電平逆變器的仿真與實現(xiàn)進行了研究。建立了基于空間電壓矢量控制算法的仿真模型；仿真研究中采用對偶小矢量搭配改善中點電位波動的問題；針對多個開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)同一待選矢量的問題引入“循邊原則”確定被選擇的開關(guān)狀態(tài)；對過調(diào)制問題進行了相應(yīng)的處理；結(jié)合二極管嵌位式三電平逆變器和五電平逆變器進行了仿真分析和硬件實現(xiàn)。 針對電勵磁六相同步電動機的

4、特點，建立了與之匹配的基于氣隙磁場定向的矢量控制系統(tǒng)并進行了研究。建立了矢量控制各個環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型；采用針對電壓方程不解耦部分進行電壓前饋控制的方法來實現(xiàn)MT軸電流的獨立控制；在簡化模型的基礎(chǔ)上，通過工程設(shè)計法獲得調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)；在三相電勵磁同步電動機磁鏈觀測器的基礎(chǔ)上設(shè)計了六相電動機的磁鏈觀測器；根據(jù)三種磁鏈觀測方法的優(yōu)缺點，確定采用電壓、電流混合模型作為磁鏈觀測器模型；為了使基于隱極電機的矢量控制方法適合凸極電機使用，結(jié)合同步電機

5、的雙反應(yīng)理論對凸極電機進行等效處理，獲得等效隱極電機的數(shù)學(xué)模型；對基于氣隙磁場定向矢量控制六相電勵磁同步電動機控制系統(tǒng)的運行性能進行了仿真研究。 針對船舶推進器螺旋槳負(fù)載進行研究。在船舶的空間運動模型和螺旋槳四象限模型的基礎(chǔ)上，綜合考慮船舶和螺旋槳地相互作用，建立了船槳一體化的運動模型，并結(jié)合六相同步電動機控制系統(tǒng)仿真研究船舶電力推進六相同步電動機控制系統(tǒng)典型工況下的運行性能。 針對負(fù)載擾動和參數(shù)攝動等不確定因素，結(jié)合魯

6、棒控制理論對船舶電力推進六相同步電動機控制系統(tǒng)的抗擾性能進行了改進。本文將螺旋槳負(fù)載、螺旋槳纏繞和螺旋槳破損的影響作為負(fù)載擾動，磁場等參數(shù)變化對數(shù)學(xué)模型的影響作為參數(shù)攝動來考慮，獲得了只考慮轉(zhuǎn)矩電流分量的船舶電力推進系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)運動模型；將電力推進系統(tǒng)的H∞控制器的設(shè)計歸結(jié)為混合靈敏度問題，結(jié)合對混合靈敏度問題的研究，針對船舶電力推進系統(tǒng)這一控制對象，分析了模型的不確定性，選擇了加權(quán)函數(shù)，建立了電力推進系統(tǒng)廣義對象的數(shù)學(xué)模型；通過求解