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PMSM支持向量机逆控制及在船舶电力推进系统中的应用研究
| 论文题名： | PMSM支持向量机逆控制及在船舶电力推进系统中的应用研究 |
| 关键词： | 船舶电力推进系统;PMSM;逆控制;支持向量机;云模型PID;同步电机 |
| 摘要： | 船舶电力推进技术具有良好的机动性、灵活的空间布置、绿色节能等优点，已逐步取代传统推进方式。永磁同步电机(PermanentMagnetSynchronousMotor，PMSM)具有功率因数高、安全性能好及能耗低等特点，已成为电力推进装置中推进电机的首要选择，因此开展PMSM控制策略研究对于船舶电力推进系统的设计和应用具有重要意义。 PMSM为多变量、强耦合的非线性系统，实现其高性能控制的关键在于解耦控制。传统矢量控制实现的是一种近似的稳态解耦，传统直接转矩控制实现的解耦具有低速性能差、转矩脉动大的缺点。针对以上问题，本文重点研究了PMSM支持向量机逆解耦控制，并应用于船舶电力推进系统中，改善了推进电机的调速性能。本文主要完成以下工作： 1.通过分析PMSM数学模型及其可逆性，证明了PMSM系统右可逆。推导了可逆条件下PMSM运行状态的数学模型。 2.针对PMSM非线性、强耦合的特点，结合非线性逆系统理论和支持向量机算法，提出支持向量机PMSM右逆解耦控制方法。该方法将支持向量机辨识得到的PMSM右逆系统与原系统串联形成伪线性系统，包括二阶线性转速子系统和一阶线性电流子系统。然后对两个子系统分别设计了具有较高自适应能力的云模型参数自整定PID控制器，与右逆系统组成复合控制器，实现了PMSM定子电流与转子转速的解耦控制。 3.针对船用PMSM中传统机械速度传感器带来的成本增加、体积变大等问题，提出了基于支持向量机左逆系统的转速软测量方法，该方法使用“内含传感器”建模算法，构建了转速子系统。在证明转速子系统左可逆的基础上，通过支持向量机算法构建了其左逆系统。左逆系统串联于PMSM转速子系统之后，实现了PMSM转速的软测量。将右逆解耦控制与左逆软测量相结合，形成了基于支持向量机的PMSM左右逆协同解耦控制。 4.通过研究船体运动模型、四象限下螺旋桨负载特性，搭建了船桨动态模型，与PMSM控制系统组成船舶电力推进控制系统。以“中铁渤海1号”为母型船，结合支持向量机逆控制算法，进行了船舶典型工况的仿真实验。仿真结果表明，基于云模型参数自整定PID的支持向量机逆控制对电力推进船舶具有良好的调速性能和较强的抗干扰能力，可以满足船舶电力推进系统的需求，为更高效的船舶电力推进提供了新的解决方案。 |
| 作者： | 云昊 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 李晖 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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