1、船舶電力推進(jìn)是一種先進(jìn)的推進(jìn)方式，近幾十年達(dá)到了空前繁榮。推進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其控制技術(shù)是船舶電力推進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)之一，船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)由推進(jìn)電動(dòng)機(jī)、推進(jìn)電機(jī)逆變器、船舶推進(jìn)器和控制裝置構(gòu)成。本論文所研究的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)各個(gè)組成部分分別是：雙Y移30°六相電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)、二極管嵌位式三電平逆變器、定距螺旋槳船舶推進(jìn)器和采用基于氣隙磁場(chǎng)定向矢量控制策略的電力推進(jìn)系統(tǒng)控制裝置。 本課題來(lái)源于“艦船綜合電力技術(shù)”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和研究課題

2、“艦船綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真研究”。 在綜合分析國(guó)內(nèi)外船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)研究和發(fā)展形勢(shì)的基礎(chǔ)上，本文對(duì)船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了深入探討，重點(diǎn)針對(duì)基于三電平多相電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的控制策略及其船舶電力推進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，并針對(duì)該控制系統(tǒng)所涉及的問(wèn)題尋求改進(jìn)措施。全文主要包括以下一些內(nèi)容： 針對(duì)多相電動(dòng)機(jī)的高次諧波情況和電磁關(guān)系進(jìn)行研究?；谂煽俗儞Q的思想獲得dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的多相電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型；并提出了對(duì)多

3、相電機(jī)通用的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型；以雙Y移30°六相電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象進(jìn)行了仿真研究。 針對(duì)多電平逆變器的仿真與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。建立了基于空間電壓矢量控制算法的仿真模型；仿真研究中采用對(duì)偶小矢量搭配改善中點(diǎn)電位波動(dòng)的問(wèn)題；針對(duì)多個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)同一待選矢量的問(wèn)題引入“循邊原則”確定被選擇的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；對(duì)過(guò)調(diào)制問(wèn)題進(jìn)行了相應(yīng)的處理；結(jié)合二極管嵌位式三電平逆變器和五電平逆變器進(jìn)行了仿真分析和硬件實(shí)現(xiàn)。 針對(duì)電勵(lì)磁六相同步電動(dòng)機(jī)的

4、特點(diǎn)，建立了與之匹配的基于氣隙磁場(chǎng)定向的矢量控制系統(tǒng)并進(jìn)行了研究。建立了矢量控制各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型；采用針對(duì)電壓方程不解耦部分進(jìn)行電壓前饋控制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)MT軸電流的獨(dú)立控制；在簡(jiǎn)化模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)工程設(shè)計(jì)法獲得調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)；在三相電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)磁鏈觀測(cè)器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了六相電動(dòng)機(jī)的磁鏈觀測(cè)器；根據(jù)三種磁鏈觀測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，確定采用電壓、電流混合模型作為磁鏈觀測(cè)器模型；為了使基于隱極電機(jī)的矢量控制方法適合凸極電機(jī)使用，結(jié)合同步電機(jī)

5、的雙反應(yīng)理論對(duì)凸極電機(jī)進(jìn)行等效處理，獲得等效隱極電機(jī)的數(shù)學(xué)模型；對(duì)基于氣隙磁場(chǎng)定向矢量控制六相電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行性能進(jìn)行了仿真研究。 針對(duì)船舶推進(jìn)器螺旋槳負(fù)載進(jìn)行研究。在船舶的空間運(yùn)動(dòng)模型和螺旋槳四象限模型的基礎(chǔ)上，綜合考慮船舶和螺旋槳地相互作用，建立了船槳一體化的運(yùn)動(dòng)模型，并結(jié)合六相同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)仿真研究船舶電力推進(jìn)六相同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)典型工況下的運(yùn)行性能。 針對(duì)負(fù)載擾動(dòng)和參數(shù)攝動(dòng)等不確定因素，結(jié)合魯

6、棒控制理論對(duì)船舶電力推進(jìn)六相同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的抗擾性能進(jìn)行了改進(jìn)。本文將螺旋槳負(fù)載、螺旋槳纏繞和螺旋槳破損的影響作為負(fù)載擾動(dòng)，磁場(chǎng)等參數(shù)變化對(duì)數(shù)學(xué)模型的影響作為參數(shù)攝動(dòng)來(lái)考慮，獲得了只考慮轉(zhuǎn)矩電流分量的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)運(yùn)動(dòng)模型；將電力推進(jìn)系統(tǒng)的H∞控制器的設(shè)計(jì)歸結(jié)為混合靈敏度問(wèn)題，結(jié)合對(duì)混合靈敏度問(wèn)題的研究，針對(duì)船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)這一控制對(duì)象，分析了模型的不確定性，選擇了加權(quán)函數(shù)，建立了電力推進(jìn)系統(tǒng)廣義對(duì)象的數(shù)學(xué)模型；通過(guò)求解