水下机器人推进电机控制算法设计(附件)【字数：16210】
摘 要海洋孕育了生命，拥有丰富的资源。随着人口的增多和资源的消耗，陆地资源已经急剧减少，而海洋不仅面积大，还有丰富的资源可以开发。人类社会如果想要持续发展，只能充分利用海洋的资源。水下机器人是一种探索海洋的工具，集合了机械学科与信息学科两种前端的技术。如果想要最大程度利用自然资源和发展国民经济，水下机器人的研究成为必不可少的部分。当前水下机器人的种类多种多样，水下机器人电机推进控制系统作为水下机器人运动中最为基础和关键的一坏，研究其控制算法具有极其关键的意义。永磁同步电机具有功耗低，效率高，工作稳定且方便控制的优点，在电力推动领域得到了广泛的应用。针对于永磁同步电机在推进动力系统的应用问题，本文基于矢量控制研究控制算法，以提高其性能。同时本文对基于滑模观测器的矢量控制做了研究，解决了由于安装位置传感器带来的可靠性降低等问题。建模与仿真是研究分析机电系统性能的有效方法和手段，Matlab/Simulink仿真工具提供了丰富的资源库，本文基于Simulink仿真技术，通过搭建模型，构建了永磁同步电机通用模块并进行封装，最后完成了基于滑模观测器的永磁同步电机矢量模型建立，同时得到了相应的代码。关键词水下机器人；永磁同步电机；矢量控制；算法控制；Matlab/Simulink
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 智能水下机器人的研究现状和发展趋势 1
1.2.1水下机器人的国内外现状 1
1.2.2水下机器人的发展趋势 2
1.3永磁同步电机的应用现状和发展趋势 2
1.3.1永磁同步电机的应用现状 2
1.3.2永磁同步电机的发展趋势 2
1.3.3 永磁同步电机控制方法 2
1.4 本文的研究内容及其意义 5
1.5 本章小结 5
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
第二章 水下机器人的运动分析及永磁同步电机的数学模型 6
2.1 水下机器人运动的概述 6
2.1.1 固定坐标系 6
2.1.2 运动坐标系 7
2.1.3 水下机器人空间运动的一般方程 8
2.1.4 一般情况下表达的水下机器人运动方程 9
2.2 水下机器人运动的推进力 11
2.2.1 螺旋桨的推力及扭矩模型 11
2.2.2螺旋桨与水下机器人的相互作用 12
2.3 永磁同步电机结构与原理 13
2.4 永磁同步电机数学模型 13
2.4.1 定子电压与磁链方程 14
2.4.2 永磁同步电机的运动方程 15
2.5 空间矢量脉宽控制技术（SVPWM） 16
2.5.1空间矢量脉宽控制技术（SVPWM）基本原理 16
2.5.2 空间矢量脉宽控制技术（SVPWM）的实现方法 19
2.6 本章小结 20
第三章 永磁同步电机的矢量控制 21
3.1 矢量控制的概述 21
3.2 基于转子磁场定向的矢量控制 21
3.2.1 基于转子磁场的转矩控制 21
3.2.2 弱磁控制 22
3.2.3 矢量控制 22
3.2.4 矢量控制系统 23
3.3 基于定子磁场定向的矢量控制 24
3.3.1 基于定子磁场的转矩控制 24
3.3.2 矢量控制方程 24
3.4 基于气隙磁场定向的矢量控制 25
3.4.1 基于气隙磁场的转矩控制 25
3.4.2 矢量控制方程 25
3.5 三种矢量控制方法的优缺点比较 27
3.6 本章小结 27
第四章 基于滑模观测器的永磁同步电机矢量控制 29
4.1滑模变结构控制理论简介 29
4.1.1简介 29
4.1.2 基本理论 30
4.1.3 数学描述 30
4.1.4 到达条节 30
4.1.5 存在条件 31
4.1.6 稳定性条节 31
4.2 基于滑模观测器的PMSM转子位置估算 31
4.3 离散电流观测器 33
4.3.1 电流观测器离散化处理 33
4.3.2 反电动势估算 34
4.3.3 抖动的减弱 35
4.4 本章小结 35
第五章 系统仿真 36
5.1 仿真工具简介 36
5.2 建立控制系统模型 36
5.2.1 SVPWMM脉冲输出仿真模型 36
5.2.2 滑模观测器仿真模型 38
5.2.3 系统仿真模型的搭建 39
5.3 结果分析 40
5.4 本章小结 45
结 论 46
致 谢 47
参考文献 48
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
海洋不仅面积大，还有丰富的资源可以开发，而陆地随着人类过度的开发，很多资源已经急剧减少。人类社会如果想要持续发展，必须且只能充分利用海洋的资源。 水下机器人是一种探索海洋的工具，集合了机械学科与信息学科两种前段的技术。如果想要最大程度利用自然资源，发展国民经济，必须加大对水下机器人的研究力度，提高水下机器人的性能来完成更多的工作。
水下机器人在各种领域的应用已经不断扩大，如海洋研究、科学考察和军事领域等。在海洋研究方面，水下机器人主要应用于检测海洋环境、采集海洋地球科学数据和调查海底资源等方面。随着水下机器人在科学研究海底方面的发展，我们可以得到更加全面的监测数据。而在军事方面，越来越多的发达国家开始重视战争中的零伤亡，这将促使无人武器系统在未来战争中的重要性快速提高。所以水下机器人的应用将更加广泛。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 智能水下机器人的研究现状和发展趋势 1
1.2.1水下机器人的国内外现状 1
1.2.2水下机器人的发展趋势 2
1.3永磁同步电机的应用现状和发展趋势 2
1.3.1永磁同步电机的应用现状 2
1.3.2永磁同步电机的发展趋势 2
1.3.3 永磁同步电机控制方法 2
1.4 本文的研究内容及其意义 5
1.5 本章小结 5
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
第二章 水下机器人的运动分析及永磁同步电机的数学模型 6
2.1 水下机器人运动的概述 6
2.1.1 固定坐标系 6
2.1.2 运动坐标系 7
2.1.3 水下机器人空间运动的一般方程 8
2.1.4 一般情况下表达的水下机器人运动方程 9
2.2 水下机器人运动的推进力 11
2.2.1 螺旋桨的推力及扭矩模型 11
2.2.2螺旋桨与水下机器人的相互作用 12
2.3 永磁同步电机结构与原理 13
2.4 永磁同步电机数学模型 13
2.4.1 定子电压与磁链方程 14
2.4.2 永磁同步电机的运动方程 15
2.5 空间矢量脉宽控制技术（SVPWM） 16
2.5.1空间矢量脉宽控制技术（SVPWM）基本原理 16
2.5.2 空间矢量脉宽控制技术（SVPWM）的实现方法 19
2.6 本章小结 20
第三章 永磁同步电机的矢量控制 21
3.1 矢量控制的概述 21
3.2 基于转子磁场定向的矢量控制 21
3.2.1 基于转子磁场的转矩控制 21
3.2.2 弱磁控制 22
3.2.3 矢量控制 22
3.2.4 矢量控制系统 23
3.3 基于定子磁场定向的矢量控制 24
3.3.1 基于定子磁场的转矩控制 24
3.3.2 矢量控制方程 24
3.4 基于气隙磁场定向的矢量控制 25
3.4.1 基于气隙磁场的转矩控制 25
3.4.2 矢量控制方程 25
3.5 三种矢量控制方法的优缺点比较 27
3.6 本章小结 27
第四章 基于滑模观测器的永磁同步电机矢量控制 29
4.1滑模变结构控制理论简介 29
4.1.1简介 29
4.1.2 基本理论 30
4.1.3 数学描述 30
4.1.4 到达条节 30
4.1.5 存在条件 31
4.1.6 稳定性条节 31
4.2 基于滑模观测器的PMSM转子位置估算 31
4.3 离散电流观测器 33
4.3.1 电流观测器离散化处理 33
4.3.2 反电动势估算 34
4.3.3 抖动的减弱 35
4.4 本章小结 35
第五章 系统仿真 36
5.1 仿真工具简介 36
5.2 建立控制系统模型 36
5.2.1 SVPWMM脉冲输出仿真模型 36
5.2.2 滑模观测器仿真模型 38
5.2.3 系统仿真模型的搭建 39
5.3 结果分析 40
5.4 本章小结 45
结 论 46
致 谢 47
参考文献 48
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
海洋不仅面积大，还有丰富的资源可以开发，而陆地随着人类过度的开发，很多资源已经急剧减少。人类社会如果想要持续发展，必须且只能充分利用海洋的资源。 水下机器人是一种探索海洋的工具，集合了机械学科与信息学科两种前段的技术。如果想要最大程度利用自然资源，发展国民经济，必须加大对水下机器人的研究力度，提高水下机器人的性能来完成更多的工作。
水下机器人在各种领域的应用已经不断扩大，如海洋研究、科学考察和军事领域等。在海洋研究方面，水下机器人主要应用于检测海洋环境、采集海洋地球科学数据和调查海底资源等方面。随着水下机器人在科学研究海底方面的发展，我们可以得到更加全面的监测数据。而在军事方面，越来越多的发达国家开始重视战争中的零伤亡，这将促使无人武器系统在未来战争中的重要性快速提高。所以水下机器人的应用将更加广泛。
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