【摘要】：永磁無刷直流電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品的典型代表,其兼具功率密度高、峰值轉(zhuǎn)矩及平均轉(zhuǎn)矩較大、控制策略簡單等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于電氣驅(qū)動領(lǐng)域。艦船電推進(jìn)器要求裝置有很高的功率密度和可靠性,因此把無刷直流電機(jī)當(dāng)作動力來源將非常適合。然而,無刷直流電機(jī)傳統(tǒng)的控制方法難以滿足驅(qū)動系統(tǒng)的特殊應(yīng)用工況和技術(shù)指標(biāo),需要對這些新問題展開研究。本文對艦船電推進(jìn)的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了以下幾方面的研究:艦船推進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)有具體的設(shè)計指標(biāo),并且電機(jī)負(fù)載為流體負(fù)載特性,雙螺旋槳的動力模型相互耦合,因此,首先完成了電力推進(jìn)器的負(fù)載特性和運(yùn)行工況分析,得到負(fù)載模型,充分分析方案設(shè)計要求,將此作為電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計出發(fā)點(diǎn)。建立無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,采用方波驅(qū)動、兩兩導(dǎo)通、六步換相的控制策略,結(jié)合推進(jìn)系統(tǒng)的負(fù)載特性,在Simulink仿真平臺上搭建了電推進(jìn)系統(tǒng)的仿真模型。該模型驗(yàn)證了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)PI雙閉環(huán)控制方法的效果。為了降低無刷直流電機(jī)的噪聲,從降低轉(zhuǎn)矩脈動角度出發(fā),分析了PWM調(diào)制方式和開關(guān)頻率對轉(zhuǎn)矩脈動程度造成的影響。在等效電路不同的工作模態(tài)下,計算了電磁轉(zhuǎn)矩的平均值和峰值,從而得到轉(zhuǎn)矩波動程度,比較了六種調(diào)制方式的優(yōu)缺點(diǎn),綜合各方式的優(yōu)點(diǎn),提出了使轉(zhuǎn)矩波動降低調(diào)制方式的總體思路;當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置反饋傳感器的時,針對PWM開關(guān)頻率低可能造成的換相延遲問題,提出了一種預(yù)測換相策略。在電機(jī)處于恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行時,可將轉(zhuǎn)矩脈動視作一種周期性的外部轉(zhuǎn)矩擾動信號,傳統(tǒng)的PI控制對這種脈動抑制效果有限,重復(fù)控制器可針對性地抑制固定周期性擾動,設(shè)計了一種改進(jìn)型重復(fù)控制器,應(yīng)用分?jǐn)?shù)延遲方法將分?jǐn)?shù)階重復(fù)控制器設(shè)計成可用于數(shù)字控制的形式。搭建了無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺,以TMS320F28379D作為主控芯片,采用旋轉(zhuǎn)變壓器和解碼芯片AD2S1210獲取轉(zhuǎn)子實(shí)時位置和速度反饋,在CCS7.3平臺上設(shè)計和實(shí)現(xiàn)了控制軟件,實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)PI控制運(yùn)行,并驗(yàn)證了電機(jī)在帶載情況下的運(yùn)行控制性能。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U674.7;TM33
【圖文】：

器換相表vi旋轉(zhuǎn)方向指令位置圖 2-6 無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)通過 PWM 調(diào)制來調(diào)節(jié)輸入電壓。在低速模式下，PWM 開關(guān)頻率選擇為 6 kHz。高速模式下由于載波比過低，把開關(guān)頻率設(shè)置成 20 kHz，載波比達(dá)到了 40。這樣低速下較低的開關(guān)頻率可以節(jié)能，高速下較高的開關(guān)頻率能盡量提高控制效果。2.4 無刷直流電機(jī)雙閉環(huán)仿真在 Simulink 中搭建無刷直流電機(jī)的仿真模型。位置信息從模型轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度反饋得到。不使用電機(jī)模型霍爾位置反饋信號，直接處理轉(zhuǎn)子角度信息來模擬旋轉(zhuǎn)變壓器獲得位置反饋的情形。搭建的仿真模型見圖 2-7。

圖 2-8 電流階躍響應(yīng)（未加電流濾波）由仿真結(jié)果可以得到，電流環(huán)響應(yīng)快速，基本沒有超調(diào)，靜態(tài)誤差很小，處在誤差允許范圍內(nèi)。這樣的電流環(huán)能較好地跟隨速度環(huán)輸出指令，使輸出轉(zhuǎn)矩能迅速地達(dá)到要求值。加入滑動平均濾波，由于產(chǎn)生了相位滯后，所以使用原來的 PI 參數(shù)會產(chǎn)生電流超調(diào)，重新調(diào)整參數(shù)，iPk 0.002，iIk 0.35，得到的電流階躍響應(yīng)如圖 2-9 所示。

圖 2-8 電流階躍響應(yīng)（未加電流濾波）由仿真結(jié)果可以得到，電流環(huán)響應(yīng)快速，基本沒有超調(diào)，靜態(tài)誤差很小，處在誤差允許范圍內(nèi)。這樣的電流環(huán)能較好地跟隨速度環(huán)輸出指令，使輸出轉(zhuǎn)矩能迅速地達(dá)到要求值。加入滑動平均濾波，由于產(chǎn)生了相位滯后，所以使用原來的 PI 參數(shù)會產(chǎn)生電流超調(diào)，重新調(diào)整參數(shù)，iPk 0.002，iIk 0.35，得到的電流階躍響應(yīng)如圖 2-9 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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1 張宸宇;梅軍;鄭建勇;周福舉;郭邵卿;;基于內(nèi)置重復(fù)控制器改進(jìn)無差拍的有源濾波器雙滯環(huán)控制方法[J];電工技術(shù)學(xué)報;2015年22期

2 華斌;周艷紅;謝冰若;歐樂知;盧特;;電機(jī)技術(shù)在艦船電力推進(jìn)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J];微電機(jī);2015年05期

3 張浩;葉永強(qiáng);楊峰;莊超;;分?jǐn)?shù)階重復(fù)控制在逆變器復(fù)合控制中的研究[J];電力電子技術(shù);2013年06期

4 廖暉;廖政偉;呂征宇;;基于PWM-ON-PWM改進(jìn)型無刷直流電機(jī)的控制[J];電力電子技術(shù);2011年11期

5 芮江;由大偉;;艦船綜合電力推進(jìn)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J];艦船科學(xué)技術(shù);2010年04期

6 欒勝利;;船舶電力推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展[J];船電技術(shù);2009年04期

7 楊晨娜;張怡;;雙電機(jī)同步控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真[J];工業(yè)控制計算機(jī);2009年01期

8 湯杰;李志勇;;變頻調(diào)速在雙電機(jī)同步傳動中的應(yīng)用[J];電氣傳動;2008年11期

9 馬偉鋒;胡震;;AUV的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];火力與指揮控制;2008年06期

10 夏長亮;張茂華;王迎發(fā);劉丹;;永磁無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2008年06期

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1 韋鯤;永磁無刷直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩脈動抑制技術(shù)的研究[D];浙江大學(xué);2005年

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1 杜凡;深海推進(jìn)永磁電機(jī)驅(qū)動策略研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

2 王建平;魚雷電動力推進(jìn)系統(tǒng)暫態(tài)過程分析[D];西北工業(yè)大學(xué);2002年

本文編號：2760644