岛际小型电动船舶永磁同步电机控制器的研究

目前舟山现有的岛际小型交通船仍以柴油机船舶为主,柴油机船舶在工作时不仅会产生大量的废气,而且会发出很大的噪声,因此不符合环保和节能的要求。然而,电动船舶的电力推进系统采用蓄电池进行供电,码头或港口补充能量,可以完全摒弃传统的柴油机动力,避免柴油机产生的废气和噪声对海洋环境造成污染,并大大提高了工作效率。随着高能蓄电池和快速充电技术不断发展,现代电动船舶完全可以在短途的岛际交通运输中实现与电动汽车同样的价值。以蓄电池为供电来源的船舶电力推进技术在国内才刚刚起步,而电力推进效率的关键之一就是电机控制器的性能。由于永磁同步电机(PMSM)与其它推进电机相比,其整体性能很高,但目前只适用于小功率推进系统,因此本文以岛际小型电动船舶的直流推进系统为研究对象,主要对PMSM控制器进行了研究。首先对PMSM的矢量控制理论进行剖析,选择了速度环和电流环的双闭环PI调节的控制方案。在数学模型的基础上,重点介绍了id=0的PMSM矢量控制方式,并详细阐述了SVPWM的脉宽调制方法的实现过程。其次,硬件的设计基于Altium Designer Winter 09开发平台,以TI公司的DSP芯片TMS320F2812为关键元器件设计了PMSM控制器的控制板硬件电路,以Fuji公司的功率开关器件IGBT模块2MBI200S-120为关键元器件设计了PMSM控制器的功率板硬件电路,并以风帆公司的蓄电池6-CQ(A)-225为单体设计了直流供电系统。此外,软件的设计基于CCS 3.3开发环境,采用C语言编写了的PMSM矢量控制系统软件部分。最后,为了检验本文设计的PMSM控制器能否适应系统的控制要求,一方面,基于Matlab/Simulink平台,搭建了PMSM的矢量控制系统仿真模型,仿真结果表明该系统的静态性能和动态性能符合要求。另一方面,设计了相应的PMSM控制器实验装置,实验结果进一步表明,该控制器能够满足小型岛际电动船推进电机的实际应用要求。