船舶推进电机直接转矩控制策略改进.pdf

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1、第46卷第2期船海工程Vol.46No.22017年4月SHIP&OCEANENGINEERINGApr.2017DOI：10.3963/j.issn.1671-7953.2017.02.048船舶推进电机直接转矩控制策略改进司宇航，高岚，刘恩东，胡佳(武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉430063)摘要:针对船舶永磁同步电机（PMSM)直接转矩控制（DTC)系统转矩和磁链脉动大、逆变器开关频率不恒定及抗干扰性差等问题，提出基于空间矢量调制（SVM)和自抗扰控制器（ADRC)的直接转矩控制策略。分析SVM的实现过程，通过合

2、成参考电压矢量来补偿磁链和转矩偏差，固定控制周期使逆变器的开关频率保持恒定。设计基于自抗扰控制技术的速度调节器，以提高系统的鲁棒性。仿真实验表明，新的控制策略可以改善磁链和转矩稳态时的表现，保证转速的快速响应并增强系统的抗干扰性。关键词:船舶永磁同步电机;直接转矩控制;空间矢量调制；自抗扰控制器中图分类号:U665.11;TP273.5文献标志码:A文章编号：1671-7953(2017)02-0205-05直接转矩控制（DTC)已成功应用于船舶电力矩控制系统结构见图1。推进系统，可对永磁同步推进电机进行变频调速空矢调间量制

3、预期电控制。但传统DTC系统采用滞环比较器和电压电压源压矢量‘逆变器“计算矢量开关表，只能提供有限电压矢量且每个控制周期内只有1个电压矢量作用[1_2]，不能精确补偿PMSM电磁转矩和定子磁链的误差，转矩和磁链大范围脉动，从而导致电机振动，并产生噪声。同时，速度环多采用PI控制器，传统PI控制器具有结构简单、稳定性好等优点，但是其参数固定、鲁棒性较差，难以应付大负载和多变扰动的工况。永磁该系统以永磁同步电机（PMSM)作为推进电同步推进电机具有多变量、强非线性和强耦合的机，与螺旋桨同轴相连，二者的转速相同。图中特点，并且其负

4、载转矩受到多变海洋环境的影响ADRC代替了传统的PI控制器，作为速度调节也时刻发生着改变，因此要实现推进电机的高性器，接收螺旋桨的转速信号，并产生参考转矩信号能控制，须消除非线性因素和多变的工况对系统G，与转矩估算值7；做差后将信号输入SVM调造成的影响[3]。为此，提出一种基于电压空间矢制模块。量调制（SVM)和自抗扰控制器（ADRC)的直接转图中虚线框内所示为基于预期电压矢量的矩控制策略。将SVM技术应用于DTC系统中，SVM调制模块，包括PI调节器、参考电压矢量计稳定逆变器的开关频率，抑制电磁转矩和定子磁算模块和SVM

5、模块，代替了传统DTC中的滞环链的大范围波动，改善系统的稳态表现。设计基比较器和开关选择表[4]。SVM调制模块经过内于自抗扰控制技术的速度调节器，以克服PI控制部运算后产生脉冲信号控制逆变器开关的通断，器的缺点，降低负载扰动对系统的影响。驱动推进电机运行。1船舶电力推进调速控制系统2空间矢量调制基于SVM和ADRC的船舶电力推进直接转SVM策略的基本思想是在一个控制周期内，选择一个扇区相邻的两个电压矢量，结合零矢量，收稿日期:2016-08-19修回日期:2016-09-12计算出每个电压矢量的作用时间，按照空间矢量基金项

6、目：国家自然科学基金(51139005)的平行四边形合成法则，合成所需的电压矢第一作者:司宇航（1991一），男，硕士生量[5]，补偿电磁转矩和定子磁链的误差，实现转研究方向:船舶电气及其自动化矩和磁链的无差控制。2052017年船海工程司宇航，等:船舶推进电机直接转矩控制策略改进第2期第46卷2.1参考电压矢量计算称。以减少开关损耗和谐波分量为原则，把两个在a坐标系下，参考电压矢量计算如下。零电压矢量作用时间等分[1]，并将两个零矢量分别放置在控制周期的首、尾及中间。因此1个控乂=n+RJa制周期被分为7个时间段，根据每个

7、时间段的电is(1)压矢量来确定逆变器的开关状态，从而输出所需的三相电压驱动电动机运行，完成SVM的调制。式中为参考磁链*Aref在a、/3轴上的分3自抗扰速度控制器设计量;心为磁链观测器估算出的当前时刻定子磁链大小;及为控制周期;L、&为a、/3轴上的定自抗扰控制技术是韩京清[8]提出的一种非子电流分量;足为定子电阻。线性控制方法，是基于PID控制技术和现代控制参考电压矢量为：理论，在仿真试验结果的归纳和综合中探索出来[II=/K+K的新型数字控制技术。⑵3.1自抗扰控制理论卜ref=arctan(》）自抗扰控制器（ADR

8、C)可分为4个组成部式中戈ref为参考电压矢量位置角[6]。分，分别为跟踪微分器（TD)、扩张状态观测器2.2基本电压矢量作用时间计算(ESO)、非线性状态误差反馈控制律（NLSEF)和将匕6£作为SVM的输入信号，在1个控制周动态补偿线性化过程[94°]。期7；内，可由1个扇区相邻的2个