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基于无位置变载波频率的深海矢量推进电机控制方法

黄小燕 刘亚兵 谷宇杰 张强 王元奎

黄小燕, 刘亚兵, 谷宇杰, 等. 基于无位置变载波频率的深海矢量推进电机控制方法[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(4): 757-764 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0129
引用本文: 黄小燕, 刘亚兵, 谷宇杰, 等. 基于无位置变载波频率的深海矢量推进电机控制方法[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(4): 757-764 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0129
HUANG Xiaoyan, LIU Yabing, GU Yujie, ZHANG Qiang, WANG Yuankui. Control Method of Deep-Sea Vector Propulsion Motors Based on Position-Sensorless and Variable Carrier Frequency[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(4): 757-764. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0129
Citation: HUANG Xiaoyan, LIU Yabing, GU Yujie, ZHANG Qiang, WANG Yuankui. Control Method of Deep-Sea Vector Propulsion Motors Based on Position-Sensorless and Variable Carrier Frequency[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(4): 757-764. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0129

基于无位置变载波频率的深海矢量推进电机控制方法

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0129
详细信息
    作者简介:

    黄小燕(1995-), 女, 硕士, 工程师, 主要研究方向为电机控制

  • 中图分类号: TJ630.32; U674

Control Method of Deep-Sea Vector Propulsion Motors Based on Position-Sensorless and Variable Carrier Frequency

  • 摘要: 为了提高矢量推进电机在深海探索中的稳定性与隐身性, 文中以表贴式永磁同步电机为基础, 结合周期扩频调制技术和改进型滑模观测器无位置控制技术, 提出了基于无位置变载波频率的深海矢量推进电机控制方法。通过电机变载波频率、电机起动变速和负载突变仿真实验, 验证所提控制方法的控制效果, 结果表明所研究控制方法转速估算准确, 对转速有良好的动态跟踪性能, 额定转速工况下转速估算误差率仅为0.32%, 0.5倍额定转速工况下转速估算误差率仅为0.09%, 且具有明显的高频谐波扩频抑制效果和良好的动态抗干扰性能。结合减少位置传感器带来的电机结构简化效果, 文中提出的控制方法可有效降低深海矢量推进电机作业时的故障率, 减少易被探测的高次固定频率谐波, 提高了深海矢量推进电机的可靠性与隐身性, 为深海UUV提供高效可靠的动力保障。

     

  • 图  1  矢量推进装置示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of vector propulsion device

    图  2  集成电机结构图

    Figure  2.  Structure diagram of the integrated motor

    图  3  FOC坐标系示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of FOC coordinate system

    图  4  载波频率调制示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of carrier frequency modulation

    图  5  滑模观测器模块图

    Figure  5.  Diagram of sliding mode observer module

    图  6  改进型SMO估算模块

    Figure  6.  Diagram of improved SMO estimation module

    图  7  基于无位置变载波频率的深海矢量推进电机控制系统

    Figure  7.  The deep-sea vector propulsion motor control sys- tem based on position-sensorless and variable carr- ier frequency

    图  8  周期载波频率调制锯齿波信号

    Figure  8.  The sawtooth signal for PCFM-SVPWM

    图  9  相电流波形FFT分析结果

    Figure  9.  FFT analysis results of phase current waveform

    图  10  电机起动变速试验结果图

    Figure  10.  Results of motor starting and variable speed test

    图  11  电机负载转矩突变试验结果

    Figure  11.  Results of motor load torque sudden change test

    表  1  深海矢量推进电机参数

    Table  1.   Parameters of deep-sea vector propulsion motor

    参数变量数值
    额定转速/(r·min−1)2 000
    极对数4
    定子电感/H0.0 039 5
    定子电阻/0.0 485
    磁链/Wb0.1 194
    转动惯量/(kg·m2)0.0 056
    阻尼系数/(N·m·s)0.0 000 1
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    表  2  电机起动变速试验观测转速试验数据分析表

    Table  2.   Analysis table of observational speed test data for motor starting and variable speed test

    运行工况 上升/下降
    时间/s
    超调量
    /(r/min)
    速度
    抖振
    观测
    误差
    误差率
    /%
    额定转速 0.015 15 0.25 6.4 0.32
    0.5倍额定转速 0.003 10 0.005 0.9 0.09
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-10-18
  • 修回日期:  2023-12-06
  • 录用日期:  2024-01-04
  • 网络出版日期:  2024-03-14

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