[发明专利]一种船舶轴带无刷双馈独立发电系统的矢量控制器及控制方法

说明书

本发明属于船舶发电自动控制领域，特别涉及到一种采用无刷双馈电机，基于DSP技术能够实现变速恒频独立发电运行的船舶轴带无刷双馈独立发电系统的矢量控制器及控制方法。本发明包括：包括传感器电路、信号调理电路、模数转换电路、DSP系统、电机功率模块、电源系统。本发明采用了基于DSP处理器平台完成了船舶轴带无刷双馈独立发电的矢量控制器设计并采用功率绕组磁链定向控制算法，该发明不仅可以使船舶轴带发电系统实现稳定的变速恒频运行，在突加突减负载的状况下也能保持良好的动态性能，且该技术方法所需传感器数量少，计算量小，可以在通用微处理平台上实现，节约研发与生产成本。

技术领域

本发明属于船舶发电自动控制领域，特别涉及到一种采用无刷双馈电机，基于DSP技术能够实现变速恒频独立发电运行的船舶轴带无刷双馈独立发电系统的矢量控制器及控制方法。

背景技术

船用轴带无刷双馈发电机是一种新型的适用于定螺距螺旋桨船舶的轴带发电机，它将近年来发展起来的一种新型电机—无刷双馈电机用于船舶的轴带发电。这种发电机只需要在普通异步电机的基础上加以改进，采用特殊的转子结构，增加一个小容量的变频器就可以在一定的转速范围内实现恒频恒压发电。它取消了滑环结构，大大降低了故障率，提高了可维护性，同时减少了变频器的容量需求，成本低廉，是比较理想的轴带发电机。目前独立运行的船舶无刷双馈发电系统主要采用以下两种控制方法：

第一种方法是标量控制方法，这种方法是将无刷双馈电机看做是一个黑匣子，不管其内部电磁关系，它采集功率绕组端的电压频率和幅值，然后和给定值进行比较，通过PI调节器输出所需的控制绕组的电压幅值和频率。在这种方法中，发电机控制绕组输出的频率随着主轴转速的变化而改变，输出的幅值随着功率绕组的负载变化而改变，从而保证发电机输出电压的幅值和频率满足船舶电站要求，此方法的优点是控制简单，易于在处理器中实现，但此方法动态控制效果差，当转速突变或者突加突减负载很容易造成系统的崩溃。

第二种方法是基于双同步模型的矢量解耦控制控制方法，这种方法为实现定子两套绕组的完全解耦控制，把功率绕组和控制绕组分别建立在各自的同步坐标系下，进行磁场定向。根据跟定功率绕组幅值和频率可以得到p_r同步坐标系功率绕组磁链给定量和磁场定向后求解出转子电流与和得到和大小。由功率绕组在转子中产生电流分量通过检测功率绕组实际电压值由再经坐标求得。这样就可以求得控制绕组在转子中产生电流分量的给定值再通过坐标变化到求得控制绕组电流分量(c_r同步坐标系)。此控制方法动态效果好，对转速突变及突加突减负载能具有很好的跟踪效果，但此方法高度依赖电机参数，且电机参数又无法准确获得，这对实际控制有一定难度，同时此种方法需要进行多次坐标变换，计算量大，无法在通用微处理器上实现。

总之，采用以上这两种方法虽能实现船用轴带无刷双馈独立发电的控制，但都有其固有的缺点，对于大规模的工业化应用还需一段距离。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精度高，可靠性好，成本低廉的船舶轴带无刷双馈独立发电系统的矢量控制器。本发明的目的还在于提供一种动态性能良好，易于在通用微处理器上实现的船舶轴带无刷双馈独立发电系统的矢量控制方法。

本发明的目的是这样实现的：