基于FPGA的水下航行器電力推進(jìn)器控制研究.pdf

1、本文是基于FPGA的水下航行器電力推進(jìn)器控制研究。推進(jìn)器是水下航行器運(yùn)行的關(guān)鍵部件，推進(jìn)器最主要的組成部分是電機(jī)及其相關(guān)控制器，永磁同步電機(jī)以其調(diào)速范圍大、運(yùn)行可靠;結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功率因數(shù)高等特點(diǎn)，在很多場合得到應(yīng)用。當(dāng)前，永磁同步電機(jī)的功率等級很多，針對推進(jìn)器所需要的大功率電機(jī)，永磁同步電機(jī)能夠完全勝任。由于推進(jìn)器工作的環(huán)境是在水下，推進(jìn)器的體積不能太大且工況復(fù)雜，因此給電機(jī)的控制帶來了一定的難度。本文將著重對水下航行器電力推進(jìn)器

2、的控制進(jìn)行研究。
　　早期，航行器電力推進(jìn)采用直流電動機(jī)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，交流推進(jìn)電動機(jī)逐漸應(yīng)用于電力推進(jìn)系統(tǒng)中，如電勵磁同步電動機(jī)、異步電動機(jī)、永磁同步電動機(jī)等。其中永磁同步電機(jī)以其功率因數(shù)高、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高等優(yōu)勢，在電力推進(jìn)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。在分析永磁同步電機(jī)工作原理和控制方法的基礎(chǔ)上，建立永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其采用的控制策略，即直接轉(zhuǎn)矩控制、MTPA控制和矢量控制，設(shè)計了切實可行的方案:(1)以FPG

3、A芯片EPM570T144C5N為硬件基礎(chǔ)，設(shè)計電力推進(jìn)器的矢量控制系統(tǒng)，給出了坐標(biāo)變換模塊、CORDIC算法、數(shù)字PI模塊、電流環(huán)和速度位置環(huán)等模塊的具體實現(xiàn)方法和相應(yīng)模塊的IP核及仿真驗證。(2)采用單片機(jī)芯片STM32F103RCT6為控制核心，設(shè)計采用矢量控制方式的永磁同步電機(jī)，硬件電路包括STM32F103RCT6最小系統(tǒng)、數(shù)字模擬部分電源設(shè)計、功率驅(qū)動電路、通信接口、空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM和準(zhǔn)諧振網(wǎng)絡(luò)參數(shù)確定。(3)論文

4、的創(chuàng)新點(diǎn)是電機(jī)驅(qū)動電路中的準(zhǔn)諧振網(wǎng)絡(luò)參數(shù)確定問題——軟、硬開關(guān)進(jìn)行研究，詳細(xì)對比軟、硬開關(guān)的兩種工作方式，得出開關(guān)管平穩(wěn)切換的條件和準(zhǔn)諧振網(wǎng)絡(luò)參數(shù)確定方法。
　　論文最后對電力推進(jìn)器采用直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制進(jìn)行了對比驗證，電力推進(jìn)采用矢量控制方式比直接轉(zhuǎn)矩控制方式在調(diào)速范圍上寬，加負(fù)載后矢量控制方式運(yùn)行更穩(wěn)定，速度精度和轉(zhuǎn)矩脈動都要比直接轉(zhuǎn)矩控制方式更好。在實驗平臺上以矢量控制方式進(jìn)行實驗驗證，結(jié)果證明，矢量控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，實