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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研究

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研究[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx 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研究[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0129
Huang Xiaoyan, Liu Yabing, Gu Yujie, Zhang Qiang, Wang Yuankui. The control method of deep-sea vector propulsion motor based on position-sensorless and variable carrier frequency[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0129
Citation: Huang Xiaoyan, Liu Yabing, Gu Yujie, Zhang Qiang, Wang Yuankui. The control method of deep-sea vector propulsion motor based on position-sensorless and variable carrier frequency[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. 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研究

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

    黄小燕(1995-), 女, 主要研究方向为电机控制

  • 中图分类号: TJ630.32; U674

The control method of deep-sea vector propulsion motor 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, 文中分析了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地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 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.  The Module diagram of sliding mode observer

    图  6  改进型SMO估算模块

    Figure  6.  The block 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 system based on position-sensorless and variable carrier 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 result chart 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.  Result chart of motor load torque sudden change test

    表  1  深海矢量推进电机参数

    Table  1.   Parameter table of deep sea vector propulsion motor

    参数变量数值
    额定转速n/(r·min−1)2 000
    极对数p4
    定子电感Ls/H0.0 039 5
    定子电阻Rs/0.0 485
    磁链ψf/Wb0.1 194
    转动惯量J/(kg·m2)0.0 056
    阻尼系数B/(N·m·s)0.0 000 1
    下载: 导出CSV

    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

    运行工况额定转速0.5倍额定转速
    上升/下降时间0.015 s0.003 s
    超调量15 rpm10 rpm
    速度抖振0.25%0.005%
    观测误差6.4 rpm0.9 rpm
    误差率0.32%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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