基于直接转矩控制的减摇鳍电伺服系统仿真研究

论文摘要

传统的减摇鳍伺服系统一直是电-液伺服系统,但由于其存在着价格高、精度差、控制维护不方便等不少的缺点,使得人们探索更加有效、便宜的伺服系统。近年来随着电力电子技术和微控制技术的迅猛发展而成熟起来的电伺服系统具有结构简单、控制方便、价格低且可靠性高等特点,可以成为新的减摇鳍伺服系统。将减摇鳍的伺服系统从传统的电-液伺服系统改进为电伺服系统可以大大降低减摇鳍的生产成本,并简化其结构,使其在调试、维修、使用上更加简便,从而促进减摇鳍在一些中小型船舶中的应用。 本文以异步电动机直接转矩控制技术为理论基础,研究了以异步电动机直接转矩控制技术为核心的减摇鳍电伺服系统的组成结构、控制规律,并结合减摇鳍的特点对原有的电伺服系统进行了部分改进。利用仿真软件MATLAB6.5/Simulink5.0对减摇鳍电伺服系统的各个组成部分进行了建模,并对有义波高分别为2.68m、3.75m、4.26m和遭遇角分别为45°、90°、135°的海浪共九种情况进行了仿真。同时,论文还就仿真过程中遇到的问题以及解决办法进行了阐述。最后,给出了结论。 论文提出了一种基于异步电动机直接转矩控制的减摇鳍电伺服系统,并利用仿真软件进行了仿真研究。仿真结果表明,采用异步电动机直接转矩控制电伺服系统的减摇鳍能够以较快的响应速度、较小的动态误差跟随鳍角给定的变化,可以获得良好的减摇效果。与传统的电-液伺服系统相比,采用电伺服系统还具有体积小、重量轻、价格便宜、控制方便、运行可靠等优点,能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能,同时能够胜任减摇鳍的各种操作要求。 论文提出的基于异步电动机直接转矩控制的减摇鳍电伺服系统,对于改进减摇鳍伺服系统的研究具有一定的参考价值。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 船舶减摇技术的发展与现状
• 1.2 课题的来源和意义
• 1.3 课题相关技术的发展与现状
• 1.4 论文完成的主要工作
• 第2章 减摇鳍的工作原理
• 2.1 前言
• 2.2 船舶横摇运动的数学模型
• 2.3 减摇鳍的减摇原理
• 2.4 减摇鳍的控制规律
• 2.5 本章小结
• 第3章 直接转矩控制技术
• 3.1 前言
• 3.2 直接转矩控制技术的特点
• 3.3 直接转矩控制技术的理论基础
• 3.3.1 直接转矩控制技术的基本思想
• 3.3.2 异步电动机定子坐标系下的数学模型和观测模型
• 3.3.3 逆变器的开关状态和电压空间矢量
• 3.3.4 电压空间矢量与磁链和转矩的关系
• 3.4 直接转矩控制系统的基本组成和工作原理
• 3.4.1 转矩调节
• 3.4.2 磁链调节
• 3.4.3 磁链运行区间判断
• 3.4.4 电压开关状态选择
• 3.5 直接转矩控制低速运行时的控制方法
• 3.5.1 磁链圆形运行轨迹
• 3.5.2 磁链三点式调节
• 3.5.3 电压开关状态选择
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于直接转矩控制的减摇鳍电伺服系统
• 4.1 前言
• 4.2 基于直接转矩控制的减摇鳍电伺服系统原理图
• 4.3 鳍角调节器和转矩调节器
• 4.4 鳍角调节信号和转矩调节信号的协调
• 4.5 电压开关状态选择
• 4.6 新的磁链运行区间判断方法
• 4.7 减摇鳍控制方法分析
• 4.8 减速比N的确定
• 4.9 本章小结
• 第5章 仿真模型及仿真结果
• 5.1 前言
• 5.2 仿真总模型
• 5.3 海浪仿真模型
• 5.4 船舶仿真模型
• 5.5 减摇鳍仿真模型
• g算法仿真模型'>5.6 求解α_g算法仿真模型
• 5.7 电伺服系统仿真模型
• 5.7.1 磁链和转矩观测模型
• 5.7.2 磁链调节器仿真模型
• 5.7.3 磁链变换和磁链运行区间判断仿真模型
• 5.7.4 鳍角调节器和转矩调节器仿真模型
• 5.7.5 电压、电流变换仿真模型
• 5.7.6 开关状态选择单元仿真模型
• 5.7.7 其它仿真模型
• 5.8 仿真结果
• 5.8.1 阶跃响应仿真曲线
• 1/3=2.68m海浪仿真曲线'>5.8.2 H_1/3=2.68m海浪仿真曲线
• 1/3=3.75m海浪仿真曲线'>5.8.3 H_1/3=3.75m海浪仿真曲线
• 1/3=4.36m海浪仿真曲线'>5.8.4 H_1/3=4.36m海浪仿真曲线
• 5.8.5 其它仿真曲线
• 5.8.6 减摇效果统计
• 5.9 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢