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基于模型预测的船舶轴带电机控制系统研究
| 论文题名： | 基于模型预测的船舶轴带电机控制系统研究 |
| 关键词： | 混合动力推进;能量回馈;模型预测;最优电压矢量;脉动抑制;船舶轴带电机;控制系统 |
| 摘要： | 船舶混合动力推进系统可以有效降低航运业成本、减少污染、提高效率。本文以船舶轴带电机为研究对象，针对船舶混合动力推进系统运行在不同的工作模式，围绕能量回馈变频器的控制策略，实现能量双向流动的自由切换。 首先，建立双 PWM型能量回馈变频器数学模型。分析和研究基于开关表的直接功率和转矩控制策略（ST-DPTC），结合功率前馈原理控制能量回馈变频器的能量双向流动。基于Simulink仿真分析，发现ST-DPTC算法存在电机转矩、磁链及功率的脉动等问题，为改善系统的稳定性，提出改进的控制策略。 其次，分析和研究基于模型预测的直接功率和转矩控制策略（MP-DPTC）。为了快速选择最优电压矢量，在 MP-DPC基础上引入降低 MPC控制复杂度算法，有效简化了算法流程。在每个MP-DTC采样周期中引入双矢量控制，提出最优占空比控制算法，协调零电压矢量与非零电压矢量的作用时间，降低电机转矩和磁链脉动。将ST-DPTC与MP-DPTC算法进行对比发现，MP-DPTC算法可显著降低系统的纹波电流以及转矩、磁链脉动，抑制直流母线电压波动，且具有较好的跟踪特性和鲁棒性。 最后，设计船舶混合动力推进系统动力与控制平台，并且在不同工作模式下进行实验研究。混合动力驱动平台柔性解决了主机与轴带电机间的功率分配，实现轴带电机在电动和发电状态的自由切换。基于 DSP28335设计了能量回馈单元EMI滤波板以及三相软件锁相环，保证轴带电机的发电及并网电能质量。采用S7-200 SMART系列控制器，完成对主电路、控制电路、控制平台以及MCGS上位机设计。分别将ST-DTC与MP-DTC算法应用于船舶混合动力推进系统的能量回馈单元进行实验验证，系统运行稳定、切换平稳、抖动小，验证了基于模型预测的船舶轴带电机控制算法的优良性能。 |
| 作者： | 秦秀敬 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 张华强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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