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基于DSP直接转矩控制负载模拟系统的研究

作　者: 汪金波
导　师: 许顺孝
学　校: 集美大学
专　业: 轮机工程
关键词: 电力推进负载模拟直接转矩控制 DSP
分类号: U664.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 87次
引　用: 1次
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内容摘要

近年来，随着电力半导体技术，电机制造工艺和计算机控制技术的迅速发展，船舶电力推进已经成为国内外现代船舶推进方式新的发展方向，其负载模拟系统为研发考核中降低成本、减少风险起着重要的作用。论文在全面总结前人工作的基础上，针对目前国内对船舶电力推进技术研究和实验的需求，提出一种基于DSP 直接转矩控制的新型高性能负载模拟系统方案，对电力推进负载模拟系统的数学建模、系统仿真和物理实验平台的搭建进行了系统的研究。本论文的主要工作如下：1.本文研究了船用螺旋桨的工作机理和工作特性，在此基础上建立了船-机-桨仿真模型，并且通过仿真实验验证了船-机-桨模型的正确性。2．本文研究了基于永磁同步电机直接转矩控制的转矩伺服系统的原理和实现方法，研究和改善了直接转矩系统的低速性能，并在此基础上建立了转矩伺服系统的仿真模型。3．本文以飞思卡尔公司56F系列的16位定点DSP为控制核心进行了负载模拟系统的硬件架构和软件编程。并在MATLAB/Simulink环境中进行了模拟船舶航行的仿真实验，验证了该负载模拟系统算法的正确性和方案的可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章引言  10-17
  1.1 船舶电力推进概述  10-11
  1.2 负载模拟系统的应用与发展  11-14
  1.3 研究目的与内容  14-17
    1.3.1 研究目的与意义  14
    1.3.2 研究内容、技术路线  14-17
第2章船-机-桨模型的原理与仿真  17-31
  2.1 船用螺旋桨的工作特性  17-19
    2.1.1 自由航行特性  17-18
    2.1.2 系缆(抛锚)特性  18
    2.1.3 螺旋桨反转特性  18-19
  2.2 船-机-桨模型  19-25
    2.2.1 转矩模型与推力模型  19-20
    2.2.2 进速比模型  20-21
    2.2.3 船舶运动模型  21-22
    2.2.4 K M = K M( J)、 K p = K p( J)特性曲线  22-24
    2.2.5 特性曲线拟合原理  24-25
  2.3 仿真实验  25-30
    2.3.1 船-机-桨的仿真模型  25-26
    2.3.2 螺旋桨正转与停转实验  26-28
    2.3.3 螺旋桨反转实验  28-29
    2.3.4 螺旋桨制动实验  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章直接转矩控制系统  31-50
  3.1 永磁同步电机  31-33
    3.1.1 永磁同步电机简介  31
    3.1.2 永磁同步电机的αβ数学模型  31-32
    3.1.3 永磁同步电机的 dq 数学模型  32-33
    3.1.4 永磁同步电机的直接转矩控制  33
  3.2 永磁同步电机的四象限运行  33-38
    3.2.1 功率电路的基本原理  33-35
    3.2.2 空间电压矢量的作用  35-36
    3.2.3 变流器的四象限运行规律  36-37
    3.2.4 电网侧变流器的控制原理  37-38
  3.3 直接转矩控制系统的设计  38-45
    3.3.1 直接转矩控制系统的整体结构  38-39
    3.3.2 坐标变换  39-41
    3.3.3 定子磁链与电磁转矩的观测  41-42
    3.3.4 转矩与磁链调节器  42-43
    3.3.5 扇区判断  43-44
    3.3.6 开关矢量的选择  44-45
  3.4 直接转矩控制系统的性能改进  45-49
    3.4.1 船舶电力推进负载模拟的特点  45
    3.4.2 直接转矩控制系统性能分析  45-46
    3.4.3 空间电压矢量 us对转矩脉动的影响  46
    3.4.4 转矩预测控制策略[  46-47
    3.4.5 转矩预测控制策略的改进效果  47-49
  3.5 本章小结  49-50
第4章硬件设计  50-61
  4.1 负载模拟系统的硬件结构  50-51
  4.2 DSP 处理器简介  51-53
  4.3 功率驱动模块简介  53-54
  4.4 功率电路  54-55
  4.5 隔离驱动电路  55-56
  4.6 信号采样电路  56-60
    4.6.1 定子电流采样电路  57-58
    4.6.2 直流母线电压采样电路  58-59
    4.6.3 转速检测电路  59-60
  4.7 本章小结  60-61
第5章软件设计  61-69
  5.1 开发环境 CodeWarrior 简介  61-62
  5.2 嵌入豆的选择与配置  62-63
  5.3 系统的主流程图  63-65
  5.4 PWM 重载中断服务程序  65-66
  5.5 数据采集子程序  66-67
  5.6 数据采集子程序  67-68
  5.7 本章小结  68-69
第6章负载模拟系统的仿真分析  69-80
  6.1 负载模拟系统仿真模型  69-71
    6.1.1 负载模拟系统的整体模型  69
    6.1.2 船-机-桨模型仿真分析  69-70
    6.1.3 转矩伺服系统模型仿真分析  70-71
  6.2 螺旋桨调速实验  71-76
    6.2.1 螺旋桨转速仿真分析  72
    6.2.2 船速仿真分析  72-73
    6.2.3 螺旋桨负载转矩仿真分析  73-74
    6.2.4 负载电机电磁转矩仿真分析  74-75
    6.2.5 电网侧电压与电流仿真分析  75-76
  6.3 螺旋桨停转与反转实验  76-79
    6.3.1 螺旋桨转速仿真分析  76
    6.3.2 船速仿真分析  76-77
    6.3.3 螺旋桨负载转矩仿真分析  77-78
    6.3.4 负载电机电磁转矩仿真分析  78-79
  6.4 本章小结  79-80
第7章结论  80-82
致谢  82-83
参考文献  83-85
在学期间发表的学术论文  85
在学期间参加的研究项目  85

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