电力推进船舶PMSM直接转矩控制系统的研究

论文摘要

电力推进是依靠自身配备的发电设备来获得推进动力的推进方式。在船舶电力推进系统中,交流电力推进已经成为船舶推进的首选方式,并出现了交流异步电机、交流同步电机、以及永磁电机多种推进方式并存的局面,而永磁同步电动机以其自身的优势在船舶推进上的应用越来越为广泛。近年来交流电机控制技术不断完善,交流电机的多项控制指标均能与直流电机控制性能相媲美。直接转矩控制技术是继交流电机矢量控制技术之后的又一种新型高效的交流变频调速技术。它以其自身的众多优点为人们所接受,应用并不断完善。直接转矩控制技术直接控制电机转矩,具有优良的静、动态调速性能。本文采用三相永磁同步电动机(PMSM)作为研究对象,首先介绍了直接转矩控制(DTC)技术的现状、发展,在分析PMSM数学模型的基础上,应用Matlab/Simulink软件搭建了PMSM直接转矩控制系统仿真模型,对PMSM直接转矩控制技术进行了仿真,仿真结果表明电动机定子磁链轨迹接近圆形,电动机转速、转矩都能够快速、及时的跟踪给定值,系统的静、动态性能都能满足很高的要求；本文在搭建PMSM直接转矩控制系统仿真模型的过程中,未采用传统的在旋转坐标系下来实现PMSM直接转矩控制,而是在两相静止坐标系下实现的。该方法具有结构简单明了、易于实现的特点,仿真结果表明PMSM直接转矩控制同样具有优良的静、动态调速性能；对于电动机转矩的闭环控制采用了零电压矢量,零电压矢量的应用改善了直接转矩控制系统转矩脉动大的缺点。接着本文根据Matlab仿真结果设计了直接转矩控制系统的硬件,包括三相整流电路,逆变器电路,电动机定子三相电压、电流的检测电路,功率器件隔离驱动电路,并以TI公司的TMS320F2812为控制核心,对一台额定功率为2.2Kw的三相永磁同步电动机进行直接转矩控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 永磁同步电动机在电力推进船舶上的应用
• 1.3 永磁同步电动机控制技术的发展与现状
• 1.4 论文主要研究内容
• 第二章 直接转矩控制理论
• 2.1 直接转矩控制（DTC）技术简介
• 2.1.1 直接转矩控制（DTC）技术的现状与发展
• 2.1.2 直接转矩控制（DTC）系统的特点
• 2.2 直接转矩控制（DTC）理论基础
• 2.2.1 直接转矩控制（DTC）基本思想
• 2.2.2 直接转矩控制系统的基本结构
• 2.3 直接转矩控制系统存在的问题
• 2.4 永磁同步电动机直接转矩控制
• 2.4.1 永磁同步电动机的类型与结构
• 2.4.2 空间矢量概念
• 2.4.3 坐标变换与变换矩阵
• 2.4.4 永磁同步电动机数学模型
• 2.5 逆变器数学模型及电压空间矢量
• 2.6 电压空间矢量对定子磁链的影响
• 2.7 电压空间矢量对永磁电动机转矩的影响
• 第三章 PMSM直接转矩控制系统建模与仿真
• 3.1 系统建模仿真软件介绍
• 3.2 直接转矩控制系统各组成模块建模
• 3.2.1 逆变器及坐标变换模型
• 3.2.2 PMSM定子磁链观测器模型
• 3.2.3 定子磁链扇区判断
• 3.2.4 转矩观测模块
• 3.2.5 调节器模块
• 3.2.6 电压空间矢量表
• 3.3 PMSM直接转矩控制系统仿真结果
• 3.4 电力推进船舶DTC的特殊性
• 第四章 直接转矩控制系统硬件设计
• 4.1 直接转矩控制系统主电路
• 4.2 驱动电路
• 4.2.1 驱动电路隔离单元
• 4.2.2 IGBT驱动电路
• 4.3 检测电路单元
• 4.4 直接转矩控制系统软件设计
• 4.4.1 TMS320F2812及其集成开发环境CCS概述
• 4.4.2 PMSM直接转矩控制系统软件编写
• 第五章 实验结果与分析
• 5.1 电动机参数及硬件电路
• 5.2 实验结果
• 结论
• 参考文献
• 致谢