船用永磁同步电动机推进系统建模与仿真研究

论文摘要

由于电力电子技术的发展和大功率交流电机变频调速技术的日趋成熟,电力推进技术逐渐成为船舶动力装置的发展方向。随着DSP的问世和永磁电动机及其控制技术的快速发展,以永磁同步电动机为推进电机、采用高性能控制策略的全数字化电力推进技术显示出广阔的应用前景。目前我国在船舶电力推进技术的研究方面还处于起步阶段,因此开展这方面的建模和仿真研究,能够加深对船舶电力推进系统的理解,同时希望能够促进我国船舶电力推进系统的理论研究。本文首先根据永磁同步电动机的数学模型,计算得到了船用大功率永磁电动机稳定运行时的电感等参数。其次在深入研究永磁同步电动机矢量控制理论的基础上,建立了基于电流滞环PWM、SPWM和SVPWM三种调制策略的永磁电动机矢量控制仿真模型,并对模型进行了仿真分析与比较。当采用电流滞环PWM控制时,系统比较简单,系统响应时间短,但当系统受到阶跃扰动时,转速的波动比较大；而采用SPWM和SVPWM控制时,系统比较复杂,在电机启动阶段,转速的波动比较大。但系统受到扰动后,转速的波动都比较小,而且当系统稳定后电机电磁转矩的脉动也比采用电流滞环PWM时要小。接着对永磁同步电动机直接转矩控制的理论进行了研究,建立了基于传统开关表选择和空间电压矢量调制的永磁电动机直接转矩控制的仿真模型,仿真结果表明,采用空间电压矢量调制的直接转矩控制系统具有快速的动态响应特性,同时又有效减小了转矩的脉动。最后本文对船桨的仿真模型进行了分析与研究,并建立了以该模型做为电动机负载输入的综合电力推进系统仿真模型。本文开展了船用永磁同步电动机推进系统方面的探索性研究工作。通过理论分析和建模仿真积累了一些经验,为课题的后续研究打下基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 课题的国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容与工作
• 第2章 永磁同步电动机数学模型及其仿真分析
• 2.1 永磁同步电动机数学模型
• 2.2 永磁同步电动机稳态运行时参数的推导与计算
• 2.3 永磁同步电动机转速开环运行仿真分析
• 2.3.1 仿真模型子模块搭建
• 2.3.2 仿真模型建立及结果分析
• 第3章 永磁同步电动机矢量控制系统的模型及仿真研究
• 3.1 永磁电动机矢量控制的理论分析
• sd=0矢量控制的基本思想'>3.1.1 i_sd=0矢量控制的基本思想
• 3.1.2 坐标变换中常用坐标系
• 3.1.3 矢量控制的调制策略与方法
• 3.2 永磁电动机矢量控制的仿真模型
• 3.2.1 基于电流滞环PWM矢量控制的仿真模型
• 3.2.2 基于SPWM矢量控制的仿真模型
• 3.2.3 基于SVPWM矢量控制的仿真模型
• 3.3 永磁电动机矢量控制的仿真结果与对比分析
• 第4章 永磁同步电动机直接转矩控制系统的模型及仿真研究
• 4.1 永磁电动机直接转矩控制的理论分析
• 4.1.1 永磁电动机直接转矩控制的基本思想
• 4.1.2 直接转矩控制中磁链与转矩控制
• 4.1.3 直接转矩控制所采用的方案
• 4.2 永磁电动机直接转矩控制的仿真模型
• 4.2.1 基于传统开关表选择的直接转矩控制仿真模型
• 4.2.2 基于空间电压矢量调制的直接转矩控制仿真模型
• 4.3 永磁电动机直接转矩控制的仿真结果与对比分析
• 第5章 电力推进中船桨模型的仿真及实验研究
• 5.1 螺旋桨及船体间相互作用的理论分析
• 5.1.1 螺旋桨的数学模型
• 5.1.2 考虑船体作用后的螺旋桨数学模型
• 5.1.3 船体运动的数学模型
• 5.2 螺旋桨及船体相互作用的仿真模型
• 5.2.1 螺旋桨的仿真模型
• 5.2.2 船体运动的仿真模型
• 5.3 船桨模型仿真结果与分析
• 5.4 综合电力推进系统仿真结果与分析
• 5.5 烟大轮渡1号船舶电力推进系统仿真与实验结果的分析与研究
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历