【技术实现步骤摘要】
集成式水下推进器驱动系统及控制方法
本专利技术涉及一种集成式水下推进器,尤其涉及一种集成式水下推进器驱动系统和控制方法,属于水下推进器驱动控制
技术介绍
电力推进系统由于其高效率、高可靠性、高自动化以及低维护等优点,正成为新世纪水上水下航行器动力发展的新方向。随着电力推进装置的发展,一种新型推进装置应运而生,即集成式水下推进器,这种推进器把电机、减速箱和螺旋桨等集成到一起,从而减小了设备体积,降低了运行噪声,工作效率和可靠性都得到提升。可以作为鱼雷、水下机器人的推进装置。也可以作为潜艇应急推进装置。近年来无刷直流电机以其功率密度大、效率高,响应速度快、结构简单、运行可靠、控制性能好等优点,得到了越来越广泛的应用,也成为水下推进器的首选类型。无刷直流电机的基本构成包括:电机本体、电子换相电路和转子位置传感器三大部分。电机本体主要由定子和转子组成。电子换相电路一般由驱动部分和控制部分组成。转子位置传感器是用于检测电机转子相对于定子的位置,并向控制器提供位置信号的一种装置,是无刷直流电动机的关键部件之一。然而,转子位置传感器作为无刷直流电机故障发生概率最高的部件,不仅降低了无刷直流电机的可靠性,增加了电机的成本,还增大了电机的体积。因此,无位置传感器的无刷直流电机及其控制技术成为了近些年研究的热点,其中反电势法是目前应用最广泛的无刷直流电机无位置传感器控制方法。基于滑模观测器的反电势法是一种具有算法简单、鲁棒性好的非线性观测器方法,在一定程度上解决了系统参数变化、扰动等带来的影响。然而由于其离散的开关特性容易导致系统的抖振现象。申请号为“2016106 ...
【技术保护点】
1.一种集成式水下推进器驱动系统,其特征在于,机械结构包括螺旋桨(1)、磁耦合联动装置(2)、行星减速箱(3)、无刷直流电机(4),无刷直流电机(4)的转子与行星减速箱(3)的输入轴相连,行星减速箱(3)将无刷直流电机(4)的输出转速按比例3.65:1减小、输出扭矩按比例1:3.65增大,所述磁耦合联动装置(2)的输入轴与行星减速箱(3)的输出轴相连,由行星减速箱(3)带动磁耦合联动装置(2)转动,磁耦合联动装置(2)输出轴与螺旋桨(1)相连,由磁耦合联动装置(2)带动螺旋桨(1)转动。
【技术特征摘要】
1.一种集成式水下推进器驱动系统,其特征在于,机械结构包括螺旋桨(1)、磁耦合联动装置(2)、行星减速箱(3)、无刷直流电机(4),无刷直流电机(4)的转子与行星减速箱(3)的输入轴相连,行星减速箱(3)将无刷直流电机(4)的输出转速按比例3.65:1减小、输出扭矩按比例1:3.65增大,所述磁耦合联动装置(2)的输入轴与行星减速箱(3)的输出轴相连,由行星减速箱(3)带动磁耦合联动装置(2)转动,磁耦合联动装置(2)输出轴与螺旋桨(1)相连,由磁耦合联动装置(2)带动螺旋桨(1)转动。2.根据权利要求1所述的集成式水下推进器驱动系统,其特征在于,还包括主控芯片(51)、驱动电路(52)、功率逆变电路(53)、隔离及滤波电路(54)与电压和电流采样电路(55),无刷直流电机(4)通过电压和电流采样电路(55)采集到无刷直流电机的电压和电流值,经过隔离及滤波电路(54)传输给主控芯片(51),由主控芯片(51)将模拟量转换成数字量并对数字量进行算法处理,将处理后数值传输给驱动电路(52),由驱动电路(52)产生脉冲信号控制功率逆变电路(53)中功率管的开通和关断,从而达到控制无刷直流电机(4)的目的。3.根据权利要求2所述的集成式水下推进器驱动系统的控制方法,其特征在于,所述控制方法通过模糊滑模观测器得到的电机线反电动势对应为3个虚拟的霍尔位置,对应规则为:若AB相线反电势>0,则霍尔信号H1为高电平,否则为低电平;若BC相线反电势>0,则霍尔信号H2为高电平,否则为低电平;若CA相线反电势>0,则霍尔信号H3为高电平,否则为低电平,根据3个虚拟的霍尔信号获得6个离散的转子位置换相点,从而实现正确换相。4.根据权利要求3所述的集成式水下推进器驱动系统的控制方法,其特征在于,采用PI双闭环进行控制:外环为转速环,内环为电流环,转速环的输出作为参考电流值,电流检测模块检测到的三相电流,与参考电流值进行数值比较得到电流误差值,电流控制器利用该电流误差值,产生占空比δ,并通过脉宽调制模块产生对应的PWM波,经过与虚拟霍尔信号相应的换相逻辑处理后驱动功率开关,从而调节电机转速,实现集成式水下推进器无位置传感器控制,由于无刷直流电机每60°电角度进行一次换相,根据虚拟霍尔信号能够得到每次换相时间ΔT,因此通过计算可得到电机的速度为式中:p为电机的极对数;Ω为机械角速度;由式(1)所得的转速作为速度反馈信号,从而实现速度闭环控制。5.根据权利要求3所述的集成式水下推进器驱动系统及控制方法,其特征在于,模糊滑模观测器设计包括以下步骤:步骤1:建立集成式水下推进器系统的等效模型,并假设三相绕组对称;电机的电压方程为ia+ib+ic=0(3)式中:R为定子电阻;L为定子各相绕组的自感;M为定子每两相绕组间的互感;ea、eb、ec、ua、ub、uc、ia、ib、ic分别为三相绕组的反电势、定子电压和定子电流;根据式(2)、(3)得到集成式水下推进器线电压模型;式中:电机的线反电势ea...
【专利技术属性】
技术研发人员:曾庆军,朱春磊,朱志宇,戴晓强,赵强,徐鹏程,
申请(专利权)人:江苏科技大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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