基于DSP的小型船舶直流无刷电机控制系统的设计

随着永磁材料和控制技术的不断进步,直流无刷电机的功率越来越大,其优势包括效率比较高、使用时间长、噪声非常小、转速平稳、输出转矩大等,它在小型船舶的电力推进系统中扮演着越来越重要的角色。目前,直流无刷电机在船舶上的工作效果不理想,阻碍其在高性能电力推进船舶中大量的普及推广。直流无刷电机简称BLDCM,其关键问题是电机的控制策略、转矩稳定控制以及无位置传感器。本文根据BLDCM的速度环和电流环的响应特点,利用传统的PID算法和现代模糊控制算法,设计了相应的硬件系统和软件系统,然后建立了基于DSP的小型船舶直流无刷电机控制装置。实验结果显示,采用模糊PID算法对电机进行控制的效果更好,可以实现脉动更小的输出转矩和更大的转速,同时此系统能够在小型船舶的电力推进系统中稳定、持续地工作,能够满足实际应用的要求。     

船舶电力永磁同步推进电机空间电压矢量DTC

为能更好地控制船舶推进电机的动态和静态性能,在传统直接转矩控制的基础上提出基于空间矢量调制的直接转矩控制算法。通过空间矢量控制、磁链控制和转矩控制,介绍空间矢量调制直接转矩控制算法的基本原理;结合船舶永磁同步推进电机的数学模型,在MATLAB/Simulink中建立船舶电力推进系统的仿真模型;结合试验电机参数,对船舶的额定负载起动性能、转速转矩突变及低速性能进行仿真分析。仿真结果表明,基于空间矢量调制的直接转矩控制技术在船舶电力推进系统中具有良好的调速、调矩和低速性能,能很好地满足船舶电力推进系统的需求。通过搭建基于DSP的永磁同步电机直接转矩控制硬件试验平台,进一步验证基于空间电压矢量的直接转矩控制策略的正确性和可行性。     

基于无速度传感器的船舶交流推进电机模糊直接转矩控制策略

基于直接转矩控制的普通电力推进船在低速航行时,船舶推进电机的转矩产生明显的周期性振动,为改善此问题,本文将模糊控制逻辑引入到推进电机调速系统中;同时针对电力推进船上速度传感器存在的维修、安装不方便等问题,引入无速度传感器技术。通过Matlab对改进系统进行仿真,结果表明改进后推进电机能够有效的减小转矩脉动,辨识后的转速能有效的跟踪系统的实际转速。     

基于扩展卡尔曼滤波的船舶电力推进系统仿真

针对船舶电力推进系统中采用传统直接转矩控制存在磁链和转矩脉动较大,以及速度传感器的使用降低了系统可靠性,增加了系统成本等问题.提出采用扩展卡尔曼滤波器精确估计电机的定子磁链和电机转速,间接估计转矩,从而实现永磁同步电机的无速度传感器直接转矩控制.保持了直接转矩控制的转矩快速响应和系统鲁棒性强的优点,降低磁链和转矩脉动,减小了系统因电机参数的变化和负载扰动带来的影响.仿真结果表明,基于扩展卡尔曼滤波的船舶电力推进系统具有良好的转速和转矩控制性能.     

基于无速度传感器的船舶电力推进器直接转矩控制优化设计

针对普通船舶电力推进器直接转矩控制在系统运行过程中具有转矩脉动大的缺陷,采用基于空间矢量的方法进行调节补偿;针对普通的速度传感器存在的维修困难、安装不方便等方面的问题,运用无速度传感技术,采用基于MRAF的速度辨识方法并将改进后的技术应用到船舶电力推进系统中。通过Matlab仿真软件对改进后的推进系统进行仿真,结果表明改进后的船舶电力系统能够有效地减小谐波以及转矩脉动,辨识转速能有效的跟踪系统的实际转速,并且改进后的船舶电力系统动、静态性能也得到了较好改善。     

船舶柴油发电机转速控制系统设计

电力推进船舶通常采用柴油发电机组作为电力来源,通过电力驱动系统的电机。为了提高电力推进船舶的能源利用率,实现电力推进船舶的经济效益,针对船舶柴油机组的负载特性等进行柴油发电机的转速控制。本文首先建立柴油发电机的数学模型,结合柴发调速系统和PID控制技术,设计针对船舶柴油发电机的转速控制系统,并结合Matlab-Simulink平台进行了转速控制系统的仿真验证。     

船舶永磁同步电机模型预测转矩控制

针对电力推进船舶的永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)控制问题,基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Fiter, EKF)技术,提出一种改良的无速度传感器模型预测转矩控制(Model Predictive Torqne Control, MPTC)策略。采用EKF方法观测电机转速,以改善船舶推进电机的估计精度并提高控制系统的鲁棒性;采用改良的模型预测控制策略,可实现最优电压矢量输出,减小转矩、磁链波纹和控制器计算量,同时能够提高推进电机的控制性能。仿真结果表明:EKF具有很强的抗干扰性且可精确地估算出电机角度,MPTC与直接转矩控制(Direct Torque Control, DTC)相比,具有更低的转矩脉动和电磁脉动,可提高船舶电力推进的控制性能。     

恶劣海况下船舶电力推进系统抗过旋控制研究

电力推进的船舶在恶劣海况下航行时存在较大扰动,螺旋桨不断进出水面,使船舶推进电机的转速和转矩过大从而造成机械损耗。为此,本文提出一种针对恶劣海况的船舶电力推进系统抗过旋控制策略,不同于平静海况的转速控制策略,考虑船桨通风状态以及损失的估算,对损失因子和估算转矩进行分析,验证抗过旋控制的可靠性。     

恶劣海况下船舶电力推进系统抗过旋控制研究

电力推进的船舶在恶劣海况下航行时存在较大扰动,螺旋桨不断进出水面,使船舶推进电机的转速和转矩过大从而造成机械损耗。为此,本文提出一种针对恶劣海况的船舶电力推进系统抗过旋控制策略,不同于平静海况的转速控制策略,考虑船桨通风状态以及损失的估算,对损失因子和估算转矩进行分析,验证抗过旋控制的可靠性。     

船舶电力推进系统控制策略仿真研究

本文针对单一的船舶电力推进系统控制策略无法应对所有复杂工况的问题,提出组合控制策略方案。首先基于三种常规电力推进系统控制策略（转速控制、转矩控制、功率控制）各自的适用范围,引入权重函数,定义权重系数,并提出结合粒子群算法优化权重系数的方法,然后搭建船舶电力推进系统仿真模型,模拟船舶复杂工况,验证组合控制策略的适用性。仿真实验结果表明,所提出的组合控制策略方案在应对船舶复杂工况时能充分发挥三种常规控制策略的优势,具有更好的控制效果。     

船舶氢储直流电力推进系统控制器转速环带宽设计方法北大核心CSCD

[目的]旨在研究船舶氢储直流电力推进系统中氢燃料电池外特性较软、动态特性不佳、系统稳定性易受推进负载影响的问题。[方法]首先,分析氢燃料电池的输出外特性和船舶电力推进系统的负载特性;然后,搭建系统的船-机-桨模型与永磁同步推进电机(PMSM)驱动控制系统频域模型,再结合氢燃料电池外特性与螺旋桨负载特性,提出一种基于转速环带宽的控制器参数设计方法;最后,根据某母船参数搭建氢储直流电力推进系统的硬件在环实验平台对所提方法的准确性予以验证。[结果]实验结果表明,采用所提转速环带宽设计方法时电机的转速响应无超调,在发生负载转矩扰动时电机的转速波动减少了5 r/min。[结论]该方法可提升船舶氢储直流电力推进系统的综合特性,且易于工程实现。     

船舶永磁同步电机直接转矩控制机制研究

直接转矩控制是船舶永磁同步电机调速系统的关键技术,船舶永磁同步电机调速系统具有非线性等变化,当前船舶永磁同步电机直接转矩控制存在控制不精确、转速超调量大等缺陷。为了提高船舶永磁同步电机直接转矩控制效果,设计了基于小波神经网络的船舶永磁同步电机直接转矩控制机制。首先分析当前船舶永磁同步电机直接转矩控制进展,建立船舶永磁同步电机直接转矩控制的数学模型,然后采用小波神经网络和PID相融合的船舶永磁同步电机直接转矩控制机制,最后采用Simulink软件建立船舶永磁同步电机直接转矩控制仿真平台。仿真测试结果表明,本文机制减少了船舶永磁同步电机直接转矩控制误差,船舶永磁同步电机转速超调量几乎为0,使船舶永磁同步电机调速系统具备更好的稳态性能,控制效果要明显优于其他船舶永磁同步电机直接转矩控制机制。     

遗传算法整定在船舶减摇鳍电伺服系统设计中的应用

降低船舶在风浪流等环境中的横摇能减少船舶航行的事故。通过船舶减摇鳍电伺服系统能够提高系统的过载保护、提高输出转矩。本文将遗传算法应用于PID控制参数的整定过程中,通过仿真实验说明本文算法在船舶减摇过程中稳定性好、鲁棒性强,更适合于船舶减摇鳍电伺服系统的设计。     

全电力推进船舶光伏并网发电系统建模仿真

传统的全电力推进船舶光伏并网发电系统模型,工作过程稳定性差。为解决上述问题,设计了一种新的全电力推进船舶光伏并网发电系统模型,利用定子绕组和三相绕组分析全电力推进船舶光伏电网发电模式,根据光伏电池仿真电路计算发电机转矩和转速,通过计算结果设计全电力推进船舶光伏并网发电的数学模型。为验证模型效果,与传统模型进行实验对比,结果表明,设计的模型具有很强的稳定性,能够确保船舶电网高效稳定的运行,对于船舶行业发展有着很好的促进作用。     

基于直接转矩控制的船舶主推进电机控制仿真研究

介绍了船舶全电力推进系统的基本结构及特点;分析了直接转矩控制系统的控制原理、特性,以及将其应用于全电力推进船舶主推进电机控制的必要性.重点是直接转矩控制系统的组成与实现,以及在Matlab/simulink环境下完成的系统建模和仿真.仿真结果表明,直接转矩控制系统的应用明显提高了推进系统的性能.     

交流变频调速技术在船舶电力推进系统中的应用

本文介绍了电力推进系统的特点及其组成。探讨了船舶推进电机的发展趋势。目前用于电力推进的电机主要有直流电动机、同步电动机、鼠笼感应式电动机,根据各自的特点简要地介绍了它们的应用。船舶电力推进系统的核心是主推进电动机的调速控制系统,根据被控对象的不同,现代交流调速系统可分为异步电动机调速系统和同步电动机调速系统。综述了现代交流调速技术的几种典型控制方式在船舶电力推进中的应用。针对电机转矩的控制,比较了目前广泛应用的矢量控制与直接转矩控制的原理及应用。     

船舶电力推进系统建模与仿真研究

本文对两台同步电机驱动的双推进器船舶的电力推进系统进行了研究.通过搭建模型来分析电力推进系统中的影响因素.本模型基于Matlab/Simulink仿真平台,旨在分析船舶的运行特性.因此,通过电力推进系统效率和船舶速度的仿真曲线,了解了双螺旋桨船舶电力推进系统的相关特性.同时对不同的参量(功率和推进转矩,电机转速,船舶速度等)进行了分析,为了提高船舶推进功率和推进器特性,采用了功率评估系统(PPP)和螺旋桨优化系统(POP).     

PID控制器在船舶减摇水舱控制器设计与优化的应用

减摇水舱控制系统中的摇摆台控制一般采用PID控制系统,借助PID控制系统的算法优势,传输摇摆角度信号,有效控制减摇。PID系统采用免疫遗传算法,该算法能够建立起数学模型,推理运算出目标函数值,向电液伺服阀输出动作指令,控制船舶横摇。本文分析了PID控制器在船舶减摇水舱控制器设计中的应用,提出优化PID控制器的设计方法,经过仿真实验证实,改进优化的变参数PID控制器能够有效控制船舶横摇角、鳍角速率,提高减摇效率。     

基于PLC和触摸屏的船舶电力推进监控装置设计

为提高船舶电力推进的控制质量与安全可靠性,设计了基于施耐德M340 PLC和XBTGT7340触摸屏的电力推进系统监控装置.装置的硬件方面,以Modbus现场总线技术为基础,运用ATV61变频器实施推进电机控制,运用PM850和ION7650两种电力参数检测仪表实施推进系统监视.装置的软件方面,在完成现场总线通讯、推进系统故障报警编程的基础上,鉴于船舶航行海况等因素对于推进系统安全运行的巨大影响,设计了转速/转矩联合的控制方式和两种控制方式进行无扰动切换的逻辑功能.装置制作完成后进行的推进电机控制实验表明,其功能可以满足船舶电力推进监控的主要要求.     

船舶电力推进螺旋桨负载模拟系统的研究

为促进船舶电力推进技术的研究和发展,应用现场总线、网络通信和计算机控制技术设计了船舶电力推进螺旋桨负载模拟系统.分析系统的机械动态平衡方程和螺旋桨转矩特性,建立模拟系统转矩计算模型和转矩控制方法,基于Delphi集成开发环境和SQL Server数据库技术编制了系统监控软件.实际运行表明:系统功能正确、工作稳定,控制精度达到电力推进试验要求.