船舶電力推進(jìn)同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、近幾十年來,隨著電力電子器件的飛速發(fā)展和大功率交流調(diào)速技術(shù)的日趨高性能化,船舶電力推進(jìn)以其空間配置靈活、機(jī)動(dòng)性能好、推進(jìn)效率高等優(yōu)點(diǎn),正在成為船舶動(dòng)力裝置的主要發(fā)展方向。我國(guó)在船舶電力推進(jìn)起步較晚,在艦船綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)方面還比較落后,因此積極開展對(duì)電力推進(jìn)的研究勢(shì)在必行。船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的魯棒性和操縱性與推進(jìn)電機(jī)控制密切相關(guān)。由于推進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)受外部負(fù)載擾動(dòng)、對(duì)象建模不充分和非線性動(dòng)態(tài)等不確定性的影響,要獲得高性能的轉(zhuǎn)速控制系

2、統(tǒng),必須研究先進(jìn)的控制策略以解決這些不確定性的影響,使系統(tǒng)具有較好的跟蹤性能和魯棒性。
　　 本文以某電力推進(jìn)船舶為研究對(duì)象,對(duì)其電力推進(jìn)控制系統(tǒng)展開研究設(shè)計(jì)。針對(duì)推進(jìn)電機(jī)模型中變量的非線性耦合,模型參數(shù)不確定性和外界擾動(dòng)等問題,在電機(jī)數(shù)學(xué)模型及調(diào)速控制器設(shè)計(jì)等方面,進(jìn)行了比較深入的理論分析和仿真研究。主要研究?jī)?nèi)容概括如下:
　　 1.以某電力推進(jìn)船舶的參數(shù)為依據(jù),對(duì)螺旋槳特性及船槳相互作用展開了分析,并計(jì)算了艦船在不同

3、航速下的船舶阻力。根據(jù)該電力推進(jìn)船舶的相關(guān)參數(shù)及計(jì)算出來的船舶阻力,對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)的主要設(shè)備如推進(jìn)電動(dòng)機(jī)、變頻器等進(jìn)行了設(shè)備的選型以及參數(shù)計(jì)算,考慮到六相同步電動(dòng)機(jī)在大功率高性能傳動(dòng)領(lǐng)域的優(yōu)越性,本文以六相同步電動(dòng)機(jī)作為船舶的主推進(jìn)電機(jī)。
　　 2.根據(jù)所選定的六相同步推進(jìn)電機(jī)以及電力推進(jìn)的調(diào)速要求,在對(duì)各控制方法進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上,確定以氣隙磁場(chǎng)定向控制作為推進(jìn)電機(jī)的控制策略。建立了適合氣隙磁場(chǎng)定向控制的六相凸極同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,

4、并對(duì)各個(gè)矢量控制環(huán)節(jié)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
　　 3.考慮六相同步推進(jìn)電機(jī)的非線性以及外界干擾,設(shè)計(jì)了以同步電動(dòng)機(jī)矢量控制技術(shù)為核心,采用電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)雙閉環(huán)控制的船舶電力推進(jìn)同步電機(jī)控制系統(tǒng),并對(duì)系統(tǒng)中各環(huán)的PID控制器進(jìn)行了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。由于常規(guī)PID控制無法解決系統(tǒng)穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性之間的矛盾,為提高推進(jìn)系統(tǒng)調(diào)速范圍內(nèi)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能,改善系統(tǒng)的抗干擾能力,增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性,設(shè)計(jì)了基于二次型性能指標(biāo)學(xué)習(xí)算法的單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器。