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基于电机互馈平台的船舶推进电机控制研究

作　者: 郭昊昊
导　师: 刘彦呈
学　校: 大连海事大学
专　业: 轮机工程
关键词: 异步电机矢量控制直接转矩控制 WinCC PLC
分类号: TM343
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 95次
引　用: 1次
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内容摘要

近年来,随着电力电子技术的快速发展,交流电机的变频调速技术日益成熟,在电力推进船舶中,交流电机已取代直流电机成为推进电机的首选。本文用异步电力测功机做为推进电机的负载,对异步推进电机及其驱动控制展开研究,有利于加快电力推进核心技术国产化的步伐,具有重要的现实意义。根据电机学的相关知识,本文研究了异步电机在不同坐标系下的数学模型,并在MATLAB中建立了异步电机的仿真模型。在此基础上,研究了转子磁场定向的同步旋转坐标系dq下的异步电机模型和直接磁场定向的基本原理,并给出了基十直接磁场定向的滞环PWM和SVPWM异步电机矢量控制系统框图。在MATLAB中搭建了转子磁场定向下的异步电机矢量控制仿真模型,并分析了仿真结果,验证了模型的正确性。本文还研究了基于传统开关表的异步电机直接转矩控制的基本原理,比较了矢量控制和直接转矩控制的优缺点,同时在MATLAB中搭建了仿真模型。最后建立了通过机械轴连接的互馈电机仿真平台,其中推进电机采用矢量控制,通常工作于电动机状态；而用于模拟螺旋桨负载特性的负载电机采用直接转矩控制,通常工作于发电机状态。经过仿真试验,该模型最后能稳定运转在设定转速和设定电磁转矩下。在异步推进电机控制及异步电机互馈平台的理论研究基础上,设计了电机互馈实物平台,并实现了上位机WinCC监控及PLC的软硬件设计。两台异步电机采用共直流母线的连接方式,整流器为可直接反馈电网的ALM整流模块,变频器的控制模块CU320采用PROFIBUS总线和S7-300进行主从站式通信,将变频器运行过程中的参数和状态信息反馈给PLC,同时也能接收PLC中的命令,实现对电机的控制。S7-300和WinCC司使用工业以太网通信,通过WinCC中的过程变量实现对整个系统的上位机监控。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题研究的背景和意义  10-11
  1.2 课题的国内外研究现状  11-15
    1.2.1 电力推进的国内外研究现状  11-13
    1.2.2 电机互馈平台的国内外研究现状  13
    1.2.3 推进电机控制的国内外研究现状  13-15
  1.3 本文主要研究内容和工作  15-17
第2章异步推进电机的数学模型及其MATLAB仿真研究  17-28
  2.1 坐标变换及变换矩阵  17-19
    2.1.1 功率不变条件下的三相/两相静止坐标变换及匝数比  17-19
    2.1.2 两相静止/两相旋转坐标变换  19
  2.2 三相交流异步电动机在三相静止坐标系ABC下的数学模型  19-22
    2.2.1 磁链方程  20-21
    2.2.2 电压方程  21
    2.2.3 转矩方程  21-22
    2.2.4 运动方程  22
  2.3 三相交流异步电动机在两相静止坐标系αβ下的数学模型  22-23
  2.4 三相交流异步电动机在两相同步旋转坐标系dq下的数学模型  23-25
  2.5 异步电机仿真模型及结果分析  25-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章异步推进电机矢量控制及其建模仿真研究  28-40
  3.1 异步电机的矢量控制  28-33
    3.1.1 转子磁场定向下的异步电机数学模型  28-29
    3.1.2 转子磁场定向技术  29-32
    3.1.3 直接转子磁场定向的异步电机矢量控制系统  32-33
  3.2 基于转子磁场定向的异步电机矢量控制仿真模型  33-37
    3.2.1 定子电流3s/2r坐标变换  34-35
    3.2.2 转子磁场定向  35-36
    3.2.3 dq轴给定电流  36
    3.2.4 电流滞环PWM模块  36-37
  3.3 转子磁场定向的异步电机矢量控制仿真结果分析  37-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章异步推进电机直接转矩控制及其建模仿真研究  40-54
  4.1 异步电机的直接转矩控制  40-47
    4.1.1 异步电机直接转矩控制原理  40-41
    4.1.2 定子电压空间矢量的调制与电压型逆变器模型  41-44
    4.1.3 异步电机直接转矩控制系统  44-47
  4.2 基于传统开关表的异步电机直接转矩控制仿真模型  47-51
    4.2.1 αβ系下的定子磁链及电磁转矩计算模块  48-49
    4.2.2 定子磁链扇区判断模块  49-50
    4.2.3 定子磁链滞环比较与电磁转矩滞环比较输出环节  50
    4.2.4 传统开关表单元  50-51
  4.3 基于传统开关表的异步电机直接转矩控制仿真结果分析  51-52
  4.4 本章小结  52-54
第5章电机互馈平台仿真研究及硬件系统的设计与实现  54-73
  5.1 电机互馈平台仿真模型及仿真结果  54-58
    5.1.1 机械连接轴模型  54-55
    5.1.2 7.5kW电机互馈平台仿真结果  55-58
  5.2 电机互馈平台硬件系统总体设计  58-59
  5.3 上位机监控软件WinCC设计  59-66
    5.3.1 在WinCC中创建工程项目  60-63
    5.3.2 在WinCC中创建电机互馈平台的上位机监控画面  63-66
  5.4 下位机PLC的硬件与软件设计  66-72
    5.4.1 S7-300PLC简介与系统硬件组态  67-70
    5.4.2 S7-300PLC中的软件设计  70-72
  5.5 本章小结  72-73
第6章总结与展望  73-75
参考文献  75-79
攻读硕士学位期间发表的论文  79-80
致谢  80

基于电机互馈平台的船舶推进电机控制研究

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