自航式网箱推进电机的变频调速系统设计

【摘要】网箱海水养殖目前大多在沿岸的港湾或浅海地区，广阔的海洋空间还没有很好的被利用。近海养殖密度的加大以及剩余喂食的积累等问题容易造成环境病害问题。研究可以自推进的网箱将会推动海水养殖业的发展。随着微电子技术、永磁材料生产技术以及电力电子技术的发展，以永磁同步电机为执行机构的交流伺服系统被越来越广泛的应用到各行各业中。将高性能的交流伺服技术应用到自航式网箱中可以提高网箱的运行精度，使网箱运动得到更好的控制。本文主要针对网箱用永磁同步电机的变频调速系统进行了研究。首先运用坐标变换使得强耦合非线性的永磁同步电机的数学模型解耦，得到在dq坐标系下的推进电机的数学模型。对电机的矢量控制理论进行了深入研究，提出了一种明确的推进电机的交流伺服驱动系统的软件、硬件设计。在控制策略上，明确了磁场定向矢量控制、速度环电流环双闭环PI控制的控制方案，采用了空间电压矢量脉宽调制的逆变器控制策略，将推进电机的控制等效成直流电机的控制模式。在硬件搭建中，设计了控制板、功率板以及人机交互模块。以数字信号处理器(DSP)TMS320F2812为控制器核心，利用智能功率模块(IPM)PM50RLA120作为功率转换机构。结合他们的性能设计了一系列的外围电路以实现交-直-交的频率变换功能。相应的电路设计主要包括电流检测电路、编码器的调理电路、串口通讯以及各种保护电路的设计。并对功能的实现进行了软件编程。利用Matlab/Simulink仿真软件对推进电机的变频调速系统进行了仿真研究，详细介绍了其中各个模块的组建。利用图形用户界面(GUI)编写了推进电机的仿真界面，可以设定速度，开始仿真，并将仿真结果显示在界面上。这样使得仿真效果更简单直观，并且方便的改变仿真参数。一系列的仿真结果显示所设计的调速系统动态响应迅速、抗干扰能力强、有很好的鲁棒性。最后对整套系统搭建了实验平台，获得了实验波形，验证了设计的可靠性。
【作者】刘莹莹；
【导师】谢永和；
【作者基本信息】浙江海洋学院，设施农业（专业学位），2014，硕士
【关键词】网箱推进电机；永磁同步电机；矢量控制；图形用户界面；仿真；

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