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原文传递江船主推进电机矢量控制系统的研究

论文题名：	江船主推进电机矢量控制系统的研究
关键词：	江船;主推进电机;矢量控制系统;无位置传感器
摘要：	较传动柴油机推进系统，电力推进系统不但占用舱内面积较小，而且在运行过程中振动小、噪音低，在对船体控制时电机转速过渡平滑，精确度高，操作体验好。随着电力推进系统的电子电气设备和控制技术的不断发展，近年来在以长江为主的内河流域上电力主推进系统正在不断取代以柴油机为主的推进系统。随着江船主推进电机在使用和控制上的优越性以及国家“双碳”政策下，江船电力主推进系统得到了越来越多的青睐。　　江船电力推进系统一般由供电系统、输电系统、控制系统和推进系统构成，其中控制系统和推进系统的优劣直接影响到船舶的航行。对于控制系统而言，矢量控制技术易于提高电压的利用率和电机的动态响应速度，也适用于数字化控制；对于推进系统而言，永磁同步电动机比异步电机效率更高，速度调节范围更宽。因此，本文使用永磁同步电机进行矢量控制系统的研究。在矢量控制技术的应用中，高频电压注入法能解决电机在速度极低时，有用信号的信噪比较小的问题；而滑模控制在电机中高速运行时，具有鲁棒性高、对环境参数、外部干扰不敏感和对系统模型的精度要求低的特点。本文为了提取以上两种方法在不同转速下的优势，将其结合起来实现了对江船主推进同步电机在全速域下的控制。主推进系统在安装传统位置传感器时会增加设计和维护成本，因此本文使用无位置传感器控制技术来解决此问题。　　为了实现以上控制方法，首先应建立永磁同步电机的基础数学模型，在此基础上对矢量控制系统如何判断扇区、计算电压矢量控制时间和确定扇区适量切换点进行设计，搭建仿真模型并进行分析，结果表明此模型具有动态性能好，抗扰能力强的优点。然后使用滑模控制技术代替传统的PI控制技术，搭建基于滑模控制技术的电机中高速转速区域仿真模型，在此基础上为了增强反正切函数对噪声的控制能力并提高转子转速和位置检测的精度增加锁相环设计，为了降低滑模控制在运行过程中出现的抖动使用超螺旋算法，构建含锁相环的超螺旋滑模控制仿真模型。为了提取电机在低转速下有用信号的信噪比，搭建脉振高频电压注入法控制系统仿真模型。最后对以上两种控制系统加入复合控制函数加以控制，搭建基于复合控制方法的仿真模型并进行分析，结果表明电机在全速域控制中具有转速估计精确、转子位置跟踪性能优越和鲁棒性好的特点。　　为了验证矢量控制在实际使用中的效果，本课题搭建了江船主推进电机矢量控制系统的实验平台，以TMS302F28335型号的DSP作为算法芯片，完成系统硬件安装和软件算法的设计。对此平台进行空载测试和负载测试，结果表明电机在运行过程中具有鲁棒性好、过渡平滑、抖振轻微、噪音小等优点，能够为江船主推进电机控制系统的相关研究提供新的思路或方法。
作者：	张剑锋
专业：	船舶与海洋工程
导师：	谭家万
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022