小型电力推进船舶PMSM控制系统的研究与设计

近几十年来,随着电力推进相关技术的迅速发展,使得船舶电力推进系统在可靠性、运行效率和推进功率方面都有了突破性的进展,其应用范围不断扩大。当前,越来越多的小型内河旅游、工程船舶采用了电力推进系统。小型船舶电力推进系统的核心是推进电机及其驱动控制,而该技术一般都由国外引进。本文选取了小功率(10-25KW)永磁同步推进电机作为研究对象,深入研究了其调速控制,对推进电机驱动控制技术的国产化有重要的现实意义。 文章首先分析了小型船舶电力推进系统的负载特性,建立简化的船-桨数学模型,并确定了以目前比较成熟的矢量控制技术作为推进电机的调速控制方式。其后,在理论分析的基础上,本文设计了可用于小型电力推进船舶的交流永磁同步电机调速控制器。硬件的主控部分采用了专用于电机控制的DSP芯片,驱动部分采用了集成功率器件和保护电路的智能功率模块IPM,简化了电路的设计,提高的系统的可靠性。主控部分主要实现了PWM信号的输出,电机转速和转子位置反馈信号的输入检测,电流的检测和上位机的通讯。功率驱动部分主要实现了对控制电机三相电流的逆变输出,包含有主回路、IPM外围电路和电流电压的采样检测电路。结合本控制系统的特点,本文用DSP汇编语言完成了控制系统的软件,并采用模块化的方式,改善软件的实时性和可移植性。软件可以分为初始化、主循环、主中断以及通讯中断程序四部分。文中给出了软件的结构流程及部分程序模块的设计方法,并提出了一种软件死区补偿方法,该方法有效地削弱因死区带来的畸变电压,提升了系统的控制性能。 文章最后,在Matlab/Simulink上对本文所建立的小型船舶电力推进控制系统进行了模拟仿真,仿真结果验证了设计方案的可行性。同时,在实际电机测试平台上对本文研制的PMSM控制系统进行了实测。实际测试结果表明,该控制系统具有良好的动静态性能,为小型船舶电力推进控制系统的进一步深入研究奠定了基础,具有实用价值。