电力推进负载模拟系统研究

论文摘要

船舶电力推进是电气传动领域的重要应用之一,其负载模拟系统为研发考核中降低成本、减小风险起着重要的作用。论文在全面总结前人工作的基础上,对目前国内交通领域重大工程和实验需求进行了分析,提出一种新型高性能节能型负载模拟系统方案,对电力推进负载模拟系统的数学建模、系统仿真和稳定性分析等问题进行了系统而深入的研究,获得了以下重要成果。详细推导了电力推进负载模拟系统的实现原理,分析了模拟系统的动态调节规律;提出一种采用MATLAB实时仿真工具RTW和多功能数据采集卡结合的负载转矩外环控制方案,实现了负载模型和模拟变流系统的控制,建立了完整的小比例硬件模拟系统,具有较好的系统柔性,大大简化了实现方式,加快了仿真速度,提高了效率。采用简单开关函数建立了整个模拟系统三相静止坐标系和同步旋转坐标系下的数学模型,对模拟系统的控制策略和动态调节进行了深入研究和全面的仿真分析,为进一步研究打下了良好的基础。针对负载模拟电机参数变化对间接矢量控制下电磁转矩和磁链解耦控制的影响,提出了一种解耦控制参数敏感性的数学分析方法,借助MATLAB工具进行了深入分析,归纳出参数敏感性的变化规律。通过系统仿真和转矩控制闭环传递函数的频域比较分析,研究负载模型的控制时间延迟对转矩控制准确性和稳定性的影响,提出一种修正闭环增益的方法,对系统时延环节进行了有效补偿,仿真验证该方法达到了较为理想的控制效果。采用偏微法对整个模拟系统的数学模型进行了线性化处理,基于Lyapunov稳定性理论对整个系统进行了稳定性分析,得到系统主要设计参数变化时系统的稳定性变化规律。引入大信号干扰概念,对模拟系统固有的非线性因素引起的稳定性问题进行了阐述,提出了提高大信号干扰稳定性的有效措施,完善了模拟系统的稳定性策略。所建立的电力推进负载模拟系统具有很强的通用性,可推广到铁路运输、城市轨道交通、矿井提升装置、轧钢机械等交通和工业领域的传动技术研究。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 研究方法和现状
• 1.3 论文主要工作
• 2 模拟系统原理分析和实现
• 2.1 船用螺旋桨负载特性
• 2.1.1 螺旋桨的推力特性
• 2.1.2 螺旋桨扭矩特性
• 2.2 模拟系统原理和实现
• 2.2.1 模拟系统要求
• 2.2.2 系统模拟原理
• 2.2.3 动态调节分析
• 2.2.4 系统物理实现
• 2.2.5 基于RTW的实时仿真原理
• 2.3 小结
• 3 模拟系统建模仿真
• 3.1 船桨模型的建模仿真
• 3.1.1 船-机-桨关系
• 3.1.2 船桨模型
• 3.1.3 船桨模型的仿真
• 3.2 模拟系统模型
• 3.2.1 PWM整流器模型
• 3.2.2 VSI-M系统模型
• 3.2.3 模拟系统模型
• 3.3 PWM整流器控制及其仿真
• 3.3.1 同步电流PI控制策略
• 3.3.2 PWM整流器仿真分析
• 3.4 VSI-M系统控制及其仿真
• 3.4.1 间接磁场定向控制策略
• 3.4.2 定子电压解藕控制
• 3.4.3 VSI-M系统仿真分析
• 3.5 模拟系统仿真
• 3.6 小结
• 4 模拟系统控制的准确性和稳定性分析
• 4.1 磁链和转矩解耦控制的电机参数敏感性分析
• 4.1.1 分析基础
• 4.1.2 开环分析
• 4.1.3 闭环分析
• 4.2 负载模型时延影响分析
• 4.2.1 负载模型时延计算
• 4.2.2 时延影响分析
• 4.3 模拟系统稳定性分析
• 4.3.1 系统参数变化时的稳定性分析
• 4.3.2 大信号干扰的稳定性问题
• 4.4 小结
• 5 模拟系统设计和试验分析
• 5.1 模拟系统设计
• 5.1.1 电力推进物理仿真系统
• 5.1.2 模拟系统设计
• 5.1.3 RTW和GUI界面设计
• 5.2 试验结果分析
• 5.2.1 PWM整流器试验分析
• 5.2.2 VSI-M子系统试验分析
• 5.2.3 模拟系统试验分析
• 5.3 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 附录A 公式符号表
• 作者简历
• 学位论文数据集