探索船舶电动舵控制系统设计研究与实现

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1、IIJJ；；ffflPilllllllllllllllrl!lllllllllllllllUlY1436821分类号：UDC：工学硕士学位论文密级：——编号：——船舶电动舵控制系统设计研究与实现硕士研究生：指导教师：学位级别：学科、专业：所在单位：论文提交日期：论文答辩日期：学位授予单位：戚磊刘胜教授工学硕士控制理论与控制工程自动化学院2008年2月2008年3月哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要本文主要针对船舶主舵一翼舵系统中的主舵转舵电伺服系统进行了设计研究与实现。采用TMS320F2812型号的数字信号处理器作为控制器主控单元，永磁同步电机作为执行机构来完成。内容包括伺服系统总

2、体方案设计、永磁同步电机数学模型简化及调制技术研究、系统伺服控制器设计、硬件电路设计、软件设计以及软硬件联调试验。在系统总体方案设计中，对系统从整体结构上进行了设计，采用半闭环结构；对所用主要部件如数字信号处理器、执行电机、功率模块等的选型进行了论证。在研究矢量控制的基础上对电机的数学模型进行了简化。以两相静止坐标系下的参考量为输入量对空间矢量脉宽调制技术进行实现，并以减小开关损耗为目的对其进行了优化。在伺服控制器设计中，采用位置、速度、电流三闭环结构设计，以实际工程应用为目的，在内部的电流、速度环中采用PI调节，外部的位置环采用变结构调节。经过仿真验证控制器有优良的电流性能、快速的跟随性能和

3、准确的定位性能，效果令人满意。在硬件设计中，分别进行了系统的主回路、功率单元、控制单元、接口电路以及可靠性的设计，并在设计中说明了每部分设计的原因以及注意问题，介绍了一些重要电子元器件及其参数的选择。最后用PCB画板进行实现。在软件设计中，进行了主程序及各中断子程序的设计，并给出程序流程图，对转子初始定位、测速以及定位等关键子程序更是给出了详细的设计与实现方法。最后，对所设计的软件与硬件部分进行了联合调试，使系统在不同条件下运行，分别测量了电流、转速及位置的试验结果。由测量的结果证明该系统性能良好，达到了预期的目标。关键词：伺服系统设计；永磁同步电机；数字信号处理器；空间矢量脉宽调制；变结构控

4、制哈尔滨工程大学硕士学位论文宣昌iii置暑昌宣i；宣iii暑暑宣暑嗣宣i；iii置；i葺iii皇iiiiiiii宣宣ii；；iiii置昌暑暑i；宣；ii暑暑置iiii；iiii；i"11iABSTRACTThisresearchwasconcentratedondesigningandimplementmainrudderservosystemofshipmain／flappedruddersystem．AdopteddigitalsignalprocessorofTMS320F2812asmaincontrollerandthepermanentmagnetsynchronousmotor(

5、PMSM)asexecutonThemaincontentincludeddesigningofcollectivityscheme、buildingPMSM’Ssimplemodelandresearchingofmotorcontrollingmethod，designingofcontroller，designingofhardwarecircuit，designingofsoftwareprocedureandexperimentofjointinghardwareandsoftware．Indesiggingofcollectivityschemeaspect，designedthe

6、wholesystemstructure，adoptedhalf-closedloopstructure；andvalidatedthecorrectnessofchoosingcomponent，suchasDSP、motorandIPM．Inresearchingofmotorcontrollingmethodaspect，accordingtovectorcontrolmethodmadethePMSMmathmodelsimpler．RealizedthespacevectorpulsewidthmodulationbasedoninputVariablewhichisreferenc

7、eVariableoftwo-phasestaticcoordinate，andoptimizeditforlessswitchwaste．Indesigningofcontrolleraspect，adoptedthreeclosedloopsstructure，FortheusedaSpracticeproject，PIcontrollingwaywasusedininsidecircuitl