船用永磁同步电机直接转矩控制的研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1．1目的及意义

船舶电力推进系统在百余年的研究中，从早期的汽轮机为原动力的第一代直流电力推进系统，经历了第二代电力推进系统，发展到了第三代吊舱式电力推进系统。吊舱式船舶电力推进系统与传统柴油机螺旋桨推进系统相比，结构和空间布局优化，舱室的利用率高；可以实现无极调速，操纵更灵活；具有良好的经济性和排放性；振动，噪声小，更好满足设备冗余要求。

作为21世纪吊舱式推进电机的理想选择，永磁同步电机，具有体积小，重量轻，转动惯量小等优点，而且没有转子励磁损耗，效率和功率因素提高，同时很好的避免了散热问题。

随着电力电子技术的发展，人们对于交流电机的研究活跃起来，电压和频率（VVVF）控制系统以结构简单的优势广泛应用于工业生产中，但是其调速范围窄，精度不高，相应速度慢，无法满足现代船舶的需求。20世纪70年代，矢量控制技术的出现打破了调速领域的思维框架，它向世界证明交流调速系统可以达到很好的调速性能，但由于采用了解耦的思想，控制算法复杂，响应速度较慢，对于电机参数的依赖很大，但是此时人们开始站在一个新的角度思考控制策略问题。

1985年，德国鲁尔大学M.Depenbrock教授提出了六边形直接转矩控制理论，第二年，日本学者I.Takahashi相继提出了定子磁链为圆形的直接转矩。直接转矩控制是继矢量控制以来又一个高性能交流调速系统。直接转矩其独特的优点使得其在交流电机领域受到越来越多的关注。

它与传统的VVVF变频调速系统相比，具有调速范围广，精度高，低速特性好，响应速度快，与矢量控制系统相比，具有算法简单，响应速度快，而且电机参数的变化的影响不大，鲁棒性好。表（1）中列举了三种调速系统的调速性能，通过表格形式的列举，可以更加清楚明了地了解直接转矩控制的调速性能。

表（1）三种控制策略调速性能比较

综上所述，直接转矩控制作为一种新兴的控制策略，它可以解决传统调压调频控制策略的调速精度低，调速范围窄，动态响应慢等问题；，它还能改善矢量控制策略的控制算法复杂问题，使得响应速度增快，而且还提高了控制系统的鲁棒性能。所以对于船舶电力推进永磁同步电机的直接控制系统的研究，以达到船舶电力推进永磁同步电机的高性能控制，进而提高船舶电力推进系统的控制性能，具有一定的价值与意义。

1．2国内外船舶电力推进系统及调速控制策略发展动态

国外船舶电力推进发展早在1837年便开始了研究史，而到了1989年，经过了将近一百年的时间，吊舱式电力推进系统才被提出，并成功的运用到了运用到了船舶推进系统中，而在之后的二十年多年里不断被研究更新，表（2）列举了近年来国外电力推进发展现状。

相比国外，我国电力推进水平起步较晚。2000年我国上海爱德华造船有限公司建造的成品油/化学品船，是我国第一艘采用吊舱式电力推进的船舶，到了2006年，我国才建成第一艘综合电力推进的滚装船。表（3）是我国吊舱式船舶电力推进发展现状

表（3）国内吊舱式船舶电力推进发展现状

对于船舶电力推进系统的交流电机的控制系统控制晚于直流电机的控制，从一开始的调压调频（VVVF）控制理论，到后来的矢量控制理论，再到现在的直接转矩控制理论经历了很长一段时间。表（4）是收集到的现代电机控制策略的发展史。

表（4）现代电机控制策略

综上所述，我国在船舶电力推进方面起步比较晚，与发达国家之间还存在着很大的距离。然而船舶永磁同步电机电力推进系统具有非常优良的推进特性，是船舶电力推进的一个理想选择，也是未来船舶推进系统的一个发展方向。所以作为一个新起的船舶电力推进系统的控制策略，直接转矩控制相比较于调压调频（VVVF）控制和矢量控制，有着其独特的优点，在船舶推进系统中有着重要的应用，具有非常大的研究和开发前景。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容与目标主要有如下几点：

一、了解船舶电力推进控制系统发展动态，学习船舶电力推进控制系统组成原理

二、研究船舶永磁同步电机的直接转矩控制策略，并初步设计船舶电力推进直接转矩控制系统

3. 研究计划与安排

1-3周：查阅国内外文献，完成开题报告；

4-5周：翻译5000以上汉字的英文资料，翻译基本准确；

6 周：了解现代船舶电力推进系统的基本概念及发展动态，研究电力推进系统的各组成部分；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 刘波. 船舶电力推进及船机桨工况配合[d]. 武汉：武汉理工大学，2005.

[2] 胡淼. 船舶电力推进永磁同步电机控制系统的研究[d]. 大连：大连海事大学，2013.

[3] 肖卫文. 永磁同步电机直接转矩控制系统的研究[d].长沙:湖南大学，2009.