基于双PI+SVPWM的船舶用PMSM控制系统simulink建模与仿真

简介: 本课题基于双PI控制器与SVPWM技术,构建船舶用永磁同步电机(PMSM)控制系统的Simulink模型并进行仿真。系统采用电流内环与速度外环的双闭环结构,实现快速响应、高精度的电流与速度控制。SVPWM模块将电压参考值转化为三相PWM信号驱动逆变器。通过MATLAB2022a完成建模与仿真,验证了系统在高性能、环境适应性及控制精度方面满足船舶推进需求,适用于复杂海洋工况。

1.课题概述
基于双PI+SVPWM的船舶用PMSM控制系统simulink建模与仿真。系统包括:

电流控制环(内环):使用PI控制器调节定子电流的d轴和q轴分量。内环的目标是快速响应和高精度的电流控制。

速度控制环(外环):使用PI控制器调节电机的转速。外环的目标是实现所需的速度控制,输出给定的电流参考值。

SVPWM模块:将PI控制器输出的电压参考值转换为三相PWM信号,以驱动逆变器。

2.系统仿真结果
(完整程序运行后无水印)

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3.核心程序与模型
版本:MATLAB2022a
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4.系统原理简介
永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)因其高效率、紧凑结构和易于控制等特点,在船舶推进系统中得到了广泛应用。本文将详细介绍一种基于双PI控制器与空间矢量脉冲宽度调制(Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM)相结合的PMSM控制系统。该系统能够实现对PMSM的高效、精确控制,适用于船舶推进系统的动力需求。

4.1 永磁同步电机(PMSM)的基本原理
永磁同步电机(PMSM)是一种使用永磁体作为转子的同步电机,它具有高效率、高功率密度、高可靠性和宽广的调速范围等优点。PMSM的工作原理基于法拉第电磁感应定律和安培定律,其数学模型可以描述为:

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4.2 双PI控制策略
双PI控制策略的核心在于利用两个独立的PI控制器形成闭环控制,一个用于速度控制环,另一个用于电流控制环。这种控制结构可以实现良好的静态和动态性能。电流环控制的目标是使电机的定子电流跟踪给定的电流参考值。电流环的数学模型可以表示为:

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速度环控制的目标是使电机的速度跟踪给定的速度参考值。速度环的数学模型可以表示为:

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4.3 船舶用PMSM控制系统的特点
高性能要求:船舶推进系统需要高效率、高可靠性和良好的动态响应特性。
环境适应性强:必须能够在恶劣的海洋环境中稳定工作。
控制精度高:精确的速度和扭矩控制对于船舶的操作至关重要。

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