發(fā)布時(shí)間：2017-12-24 05:12

  本文關(guān)鍵詞：基于滑模觀測(cè)器的船舶永磁同步電機(jī)無位置傳感器控制研究　出處：《大連海事大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：近年來,由于船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)可以降低燃油消耗、提高船舶操縱性能和節(jié)約船舶空間等優(yōu)點(diǎn),使其成為船舶動(dòng)力系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。永磁同步電動(dòng)機(jī)具有高效率、功率密度大和動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn),在船舶緊湊型吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)中做為船舶推進(jìn)電機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。永磁同步電動(dòng)機(jī)無位置傳感器控制策略有利于提高船舶永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性,降低系統(tǒng)對(duì)工作環(huán)境的要求,具有重要研究意義。本文以滑模觀測(cè)器為基礎(chǔ),對(duì)船舶內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速進(jìn)行估計(jì),實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)無位置傳感器控制。研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：船舶永磁同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制理論及螺旋槳負(fù)載特性的分析。建立了船舶內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,在其基礎(chǔ)上對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制方法進(jìn)行了研究。通過對(duì)船舶螺旋槳負(fù)載特性的分析,建立了螺旋槳負(fù)載特性數(shù)學(xué)模型,并結(jié)合船舶數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行了仿真研究。依據(jù)螺旋槳負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及船舶永磁同步電機(jī)運(yùn)行工況的特點(diǎn),選取了適合于船舶永磁同步電機(jī)無位置傳感器運(yùn)行的控制策略。新型滑模觀測(cè)器的永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速估算策略研究。在矢量控制理論的基礎(chǔ)上,以永磁同步電機(jī)兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的dq軸電流為狀態(tài)變量建立狀態(tài)方程,同時(shí)以實(shí)際電流和觀測(cè)電流的差值做為滑模面,構(gòu)建滑模觀測(cè)器。通過李雅普諾夫穩(wěn)定性理論分析,推導(dǎo)得出了觀測(cè)器中反饋增益及滑模開關(guān)增益的取值條件以及電機(jī)轉(zhuǎn)速觀測(cè)值的計(jì)算表達(dá)式。同時(shí)采用極點(diǎn)配置的方法實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)器中反饋增益參數(shù)的選取,保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在理論分析的基礎(chǔ)上建立了基于新型滑模觀測(cè)器的船舶永磁同步電機(jī)無位置傳感器控制系統(tǒng)仿真模型,仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的滑模觀測(cè)器的穩(wěn)定性和可行性。滑模觀測(cè)器性能優(yōu)化方面的研究。針對(duì)滑模觀測(cè)器中的抖振及參數(shù)優(yōu)化整定問題,引入sigmoid函數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)滑模觀測(cè)器中的開關(guān)函數(shù),根據(jù)系統(tǒng)滑模面所處的狀態(tài)對(duì)滑模開關(guān)增益值進(jìn)行模糊優(yōu)化調(diào)節(jié),結(jié)合連續(xù)開關(guān)函數(shù)及開關(guān)增益優(yōu)化調(diào)節(jié)的方法,‘降低了觀測(cè)器系統(tǒng)中的抖振。采用粒子群智能優(yōu)化算法,以轉(zhuǎn)速誤差絕對(duì)值與時(shí)間乘積的積分值做為粒子群算法中的性能評(píng)價(jià)函數(shù),實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)器中四個(gè)可調(diào)參數(shù)的優(yōu)化整定。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明滑模觀測(cè)器改進(jìn)后,估計(jì)性能得到優(yōu)化。船舶永磁同步電機(jī)低速起動(dòng)運(yùn)行的研究。針對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)的問題,建立了永磁同步電機(jī)在旋轉(zhuǎn)高頻激勵(lì)下的數(shù)學(xué)模型,通過對(duì)包含轉(zhuǎn)子位置信息的高頻載波電流進(jìn)行相應(yīng)解調(diào)處理得到估計(jì)誤差信號(hào),利用基于鎖相環(huán)技術(shù)的轉(zhuǎn)子位置觀測(cè)器得到估計(jì)轉(zhuǎn)子位置信息,實(shí)現(xiàn)了永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置的有效檢測(cè)。結(jié)合設(shè)計(jì)的滑模觀測(cè)器對(duì)船舶永磁同步電機(jī)低速起動(dòng)及中高速加速運(yùn)行工況進(jìn)行了分析,實(shí)現(xiàn)了船舶永磁同步電機(jī)無位置傳感器穩(wěn)定運(yùn)行。
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U665.11;TM341

【參考文獻(xiàn)】

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7 尚U，

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