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基于自抗扰技术的船舶永磁同步电机直接转矩控制策略研究
| 论文题名： | 基于自抗扰技术的船舶永磁同步电机直接转矩控制策略研究 |
| 关键词： | 船舶电力推进;永磁同步电动机;直接转矩控制;自抗扰技术;仿真实验 |
| 摘要： | 电力推进以其众多优越性成为船舶推进方式的重要发展方向，永磁同步电动机(PMSM)目前是吊舱式推进器的最佳选择，相比于矢量控制，永磁同步电机直接转矩控制系统(DTC)结构简单、动态性能好，在船舶电力推进系统中有更大的发展空间。因此以船舶永磁同步电机为对象，以直接转矩控制理论为基础，深入研究转矩控制、转速调节、定子磁链估计以及无速度传感器的转速估计方法，在Matlab/Simulink中进行仿真并做相应的分析。 首先，在永磁同步电机数学模型的基础上，研究直接转矩控制系统，对其特点进行分析，以精确补偿定子磁链和电磁转矩误差为切入点，将空间电压矢量调制技术(SVPWM)引入直接转矩控制系统，设计基于预期电压计算和SVPWM的转矩控制器，仿真结果证明SVPWM能有效降低磁链和转矩脉动。 其次，以扩张状态观测(ESO)原理为基础，分析永磁同步电机在两相静止坐标系下的数学模型，设计ESO定子磁链观测器，将磁链微分方程中的定子磁链项估算出来，作为磁链观测信号；设计ESO转速观测器，将电流微分方程中的电机转速项估算出来，作为转速反馈信号。将两个观测器应用于永磁同步电机直接转矩系统，仿真结果表明ESO磁链观测器估算精确，稳定性好，不易受定子电阻变化影响；ESO转速观测器辨识精度高，转速跟踪效果好。 然后，根据自抗扰控制(ADRC)原理和永磁同步电机转子运动方程，设计基于自抗扰控制器的电机调速系统，重点阐述ADRC转速控制器的设计过程以及控制器参数的整定方法。通过仿真实验模拟各种扰动情况，结果表明，采用ADRC转速控制器可解决系统快速性和超调的矛盾，且能够有效抑制扰动，提高了系统的鲁棒性。 最后，以中铁渤海铁路轮渡为母型船，研究船体运动和螺旋桨负载特性，构建基于ADRC转速调节、ESO磁链与转速观测和SVPWM技术的新型DTC策略下的船舶电力推进系统。分别进行电机起动、电机参数变化、螺旋桨受阻和螺旋桨出水等仿真实验，结果表明新型DTC策略下的船舶电力推进系统脉动减小，无超调现象，对扰动有抗干扰性，转速辨识效果好，可实现无速度传感器运行。 |
| 作者： | 司宇航 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 高岚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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