论文部分内容阅读
船舶混合动力推进系统可以有效降低航运业成本、减少污染、提高效率。本文以船舶轴带电机为研究对象,针对船舶混合动力推进系统运行在不同的工作模式,围绕能量回馈变频器的控制策略,实现能量双向流动的自由切换。首先,建立双PWM型能量回馈变频器数学模型。分析和研究基于开关表的直接功率和转矩控制策略(ST-DPTC),结合功率前馈原理控制能量回馈变频器的能量双向流动。基于Simulink仿真分析,发现ST-DPTC算法存在电机转矩、磁链及功率的脉动等问题,为改善系统的稳定性,提出改进的控制策略。其次,分析和研究基于模型预测的直接功率和转矩控制策略(MP-DPTC)。为了快速选择最优电压矢量,在MP-DPC基础上引入降低MPC控制复杂度算法,有效简化了算法流程。在每个MP-DTC采样周期中引入双矢量控制,提出最优占空比控制算法,协调零电压矢量与非零电压矢量的作用时间,降低电机转矩和磁链脉动。将ST-DPTC与MP-DPTC算法进行对比发现,MP-DPTC算法可显著降低系统的纹波电流以及转矩、磁链脉动,抑制直流母线电压波动,且具有较好的跟踪特性和鲁棒性。最后,设计船舶混合动力推进系统动力与控制平台,并且在不同工作模式下进行实验研究。混合动力驱动平台柔性解决了主机与轴带电机间的功率分配,实现轴带电机在电动和发电状态的自由切换。基于DSP28335设计了能量回馈单元EMI滤波板以及三相软件锁相环,保证轴带电机的发电及并网电能质量。采用S7-200 SMART系列控制器,完成对主电路、控制电路、控制平台以及MCGS上位机设计。分别将ST-DTC与MP-DTC算法应用于船舶混合动力推进系统的能量回馈单元进行实验验证,系统运行稳定、切换平稳、抖动小,验证了基于模型预测的船舶轴带电机控制算法的优良性能。