船舶电力推进双三相永磁同步电机驱动控制研究

论文摘要

船舶电力推进是一种先进的推进方式，近二十多年来，达到了空前的繁荣。现代船舶电力推进的核心是综合电力推进技术，而推进电机的控制又是其关键的技术之一，推进电机运行特性和驱动性能直接关系到船舶电力推进系统的成败。由于永磁同步电机的优越性能，其在船舶电力推进系统中应用越来越广。在众多永磁电机系列中，多相永磁同步电机作为推进电机被越来越多的采用；尽管如此，在控制上还有很多问题需要解决。 本文主要以船舶电力推进双三相永磁推进电机(兼顾三相永磁同步电机)为研究对象，对双三相永磁同步电机DTC控制理论进行了系统研究。在合成磁链和独立磁链两种情况下，对双三相永磁同步电机DTC控制方法进行了研究。提出基于空间电压矢量和滞环控制器的DTC控制算法和矩阵变换器供电的永磁同步电机DTC控制算法。永磁同步电机DTC控制，需要对定子磁链进行估计，估计的准确性直接关系到控制成败。而定子电阻变化、定子电压电流测量引起的直流漂移，均对磁链准确估计产生很大的影响。转子磁链初始位置及极性判别，也是磁链估计必须解决的问题。针对这些问题，分别提出了相应的解决办法。 本文主要工作和创新性成果包括： ◆ 对双三相永磁同步电机DTC控制理论分两种情况进行了研究。第一，把两个三相绕组产生的磁链矢量合成，作为一个整体进行研究，得到在MT坐标系下的转矩和转矩角的关系；第二，在适当控制方式下，可以使得双三相绕组产生磁链与d轴夹角(即转矩角)相等，根据该假定，则分别以它们各自产生的磁链为研究对象，在MT坐标系下得到它们转矩与转矩角之间的关系。通过仿真实验，表明双三相永磁电机模型和DTC控制理论正确，具有重要理论意义和应用价值。 ◆ 对基于空间电压矢量的双三相永磁同步电机DTC控制，提出了合成磁链控制法和独立磁链控制法。两台逆变器输出空间电压矢量形成具有共同中心点四个正十二边形，是合成磁链和独立磁链算法基础。合成

论文目录

• 论文独创性声明
• 论文使用授权声明
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究意义
• 1.2 船舶电力推进技术进展
• 1.3 船舶电力推进电机驱动控制技术现状
• 1.3.1 船舶电力推进电机发展现状
• 1.3.2 驱动系统智能化、数字化
• 1.4 变换器在船舶电力推进驱动中应用现状
• 1.4.1 常规变频器在船舶电力驱动中应用现状
• 1.4.2 矩阵变换器在船舶电力推进驱动控制中应用现状
• 1.5 直接转矩控制理论及控制方法发展现状
• 1.5.1 变频控制
• 1.5.2 DTC控制理论基本原理
• 1.5.3 基于ST-DTC开关表控制
• 1.5.4 开关频率恒定DTC控制
• 1.5.5 同步电机中直接转矩控制
• 1.6 本论文的主要工作
• 第二章 船舶电力推进双三相永磁同步电机DTC控制理论
• 2.1 引言
• 2.2 三相永磁同步电动机直接转矩控制
• 2.3 三相永磁同步电动机直接转矩控制理论研究
• 2.3.1 合成磁链直接转矩控制研究
• 2.3.2 独立磁链DTC控制研究
• 2.4 双三相永磁同步电机DTC控制特性和不同运行方式下仿真
• 2.4.1 在不同定子磁链幅值给定下转矩—转矩角特性仿真
• 2.4.2 双三相永磁同步电机在不同运行方式下仿真
• 2.5 小结
• 第三章 双三相永磁同步电机直接转矩控制研究——基于电压空间矢量算法
• 3.1 引言
• 3.2 双三相永磁同步电机驱动结构
• 3.3 两台电压源逆变器开关状态及电压空间矢量分析
• 3.3.1 两台电压源逆变器开关状态分析
• 3.3.2 两台逆变器电压空间矢量分析
• 3.4 基于空间电压矢量直接转矩控制原理
• 3.5 基于合成磁链的双三相永磁同步电机DTC控制方法及实验
• 3.5.1 合成磁链间接控制法
• 3.5.2 基于合成磁链的双三相永磁同步电机DTC控制法实验
• 3.6 基于独立磁链的双三相永磁同步电机DTC控制法研究
• 3.6.1 控制原理
• 3.6.2 两台逆变器交替运行控制法
• 3.6.2 两台逆变器同时运行控制法
• 3.6.3 转矩脉动可控法
• 3.7 基于DTC-SVM双三相永磁同步电机控制在螺旋桨负荷下仿真
• p、扭矩系数K_T和进速比J'>3.7.1 螺旋桨推力系数K_p、扭矩系数K_T和进速比J
• 3.7.2 螺旋桨四象限特性Chebyshev多项式拟合
• 3.7.3 螺旋桨性能仿真系统设计
• 3.7.4 螺旋桨性能仿真
• 3.7.5 螺旋桨负荷作用下双三相永磁同步电机DTC-SVM控制仿真
• 3.8 小结
• 第四章 矩阵变换器在永磁同步电机中应用研究
• 4.1 引言
• 4.2 矩阵变换器控方法设计
• 4.2.1 MC变换器特点
• 4.2.2 矩阵变换器开关组合和空间矢量分析
• 4.2.3 MC输出空间线电压和输入空间相电流矢量调制方法
• 4.3 矩阵变换器供电的永磁同步电机DTC控制算法
• 4.3.1 基于定子参考磁链策略的永磁电机DTC控制算法
• 4.3.2 矩阵变换器输入电流控制方案研究
• 4.3.3 MC供电的双空间矢量调制的PMSM DTC控制实现
• 4.4 MC供电的PMSM DTC—SVM控制仿真研究及实验
• 4.4.1 基于双周期控制策略的MC仿真及实验
• 4.4.2 基于参考磁链策略的PMSM DTC控制仿真及实验
• 4.5 小结
• 第五章 提高永磁同步电机直接转矩控制性能的讨论
• 5.1 引言
• 5.2 永磁同步电机DTC控制差分模型
• 5.3 定子电压电流检测直流漂移对磁链估计影响及解决办法
• 5.3.1 直流漂移误差影响
• 5.3.2 漂移误差补偿
• 5.4 电阻变化对磁链估计影响及PI电阻补偿器设计
• 5.4.1 定子电阻变化对磁链估计影响
• 5.4.2 定子PI电阻补偿器设计
• 5.5 无位置传感器转子初始位置检测
• 5.5.1 无位置传感器转子初始位置估计
• 5.5.2 转子初始磁场极性确定
• 5.6 小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 主要工作和创新性成果
• 6.2 后继工作展望
• 参考文献
• 附录1 永磁电机参数
• 作者在攻读博士学位期间完成的主要论文
• 致谢