船舶电力推进负载模拟系统控制策略的研究

现代船舶的推进方式以电力推进为主,电力推进也因为其动力强劲和性能稳定等特点成为未来船舶推进的发展方向。但在实际应用过程中,还存在着诸多问题,如电力负载不稳定、电机控制系统故障率高和抗干扰能力差等。本文首先研究船舶电力推进系统的组成原理,然后针对螺旋桨负载系统建立相应的模糊PI控制数学模型,并通过Matlab软件对螺旋桨的负载类型、电机力矩和阻尼控制等进行仿真,基于仿真结果提出模拟系统的优化控制措施。     

基于扰动补偿的永磁同步电机自抗扰内模控制

针对传统永磁同步电机PI控制存在的鲁棒性差问题,提出考虑参数摄动的永磁同步电机自抗扰内模控制方法.控制系统转速外环采用自抗扰控制器对外部负载扰动进行补偿,实现对给定转速的跟踪控制.电流内环设计考虑参数摄动的内模控制器,通过自适应观测器对电机参数摄动量进行实时估计和在线调整,增强电流预测控制的鲁棒性.实验对比传统PI控制与新型控制方法,其结果验证了新型控制方法在抗外部负载扰动和内部参数摄动方面的有效性和实用性.     

基于无位置传感器和模糊神经网络的船舶电力推进永磁电机控制研究

本文设计了无位置传感器和基于模糊神经网络的PI控制器，对船舶电力推进永磁电机进行控制。基于磁通观测原理的无位置传感器能够精确确定磁场的动态行为，并且对于负载变化具有很好的鲁棒性，采用模糊神经网络在线调整PI参数对内置式永磁电机进行控制，以便在不同扰动下，获得最佳的驱动性能。用直流发电机模拟螺旋桨特性，作为推进电机的负载，以便对无位置传感器和PI控制器进行研究，并在数字信号处理器（DSP）上得到实现。该设计有助于对船舶电力推进控制规律的研究和应用及推进控制系统的全数化实现，并具有理论指导意义和实际应用价值。     

船舶氢储直流电力推进系统控制器转速环带宽设计方法北大核心CSCD

[目的]旨在研究船舶氢储直流电力推进系统中氢燃料电池外特性较软、动态特性不佳、系统稳定性易受推进负载影响的问题。[方法]首先,分析氢燃料电池的输出外特性和船舶电力推进系统的负载特性;然后,搭建系统的船-机-桨模型与永磁同步推进电机(PMSM)驱动控制系统频域模型,再结合氢燃料电池外特性与螺旋桨负载特性,提出一种基于转速环带宽的控制器参数设计方法;最后,根据某母船参数搭建氢储直流电力推进系统的硬件在环实验平台对所提方法的准确性予以验证。[结果]实验结果表明,采用所提转速环带宽设计方法时电机的转速响应无超调,在发生负载转矩扰动时电机的转速波动减少了5 r/min。[结论]该方法可提升船舶氢储直流电力推进系统的综合特性,且易于工程实现。     

船舶调距桨推进系统的建模与仿真

介绍了集装箱船舶可调螺距桨推进仿真系统,建立了主机、螺旋桨转速、液压离合器和螺距控制的数学模型.依据容积法模型建立了柴油机仿真的实时算法及PID调速器、螺距、螺旋桨推力及船舶阻力实时仿真模型,设计了调距桨推进系统机旁、集控室和驾驶室的控制逻辑和软硬件设备.对调螺距、主机供油、主机转速、船舶航速的仿真结果与实船推进系统相似.用Visual Basic语言在Windows 2000操作系统上开发了包含仿真软件及人机界面的轮机模拟器系统,并成功应用于船员实操培训和轮机工程专业本科生教学.     

船舶柴油动力系统的多工况数学建模研究

本文研究船舶柴油机动力系统,重点分析船舶柴油机的动力装置,给出船舶柴油发电机转速和输出功率之间的关系曲线,并构建出船舶柴油机推进负载,分析船舶螺旋桨转矩和转速之间的曲线关系;构建船舶柴油机动力系统多工况数学模型;对模型进行仿真,并对柴油机中的燃烧率、压强以及扭矩进行分析;构建的船舶柴油机动力系统多工况数学模型,对我国船舶柴油动力系统的快速发展具有借鉴作用。     

电力推进船的螺旋桨负载特性仿真与模拟试验

针对电力推进船舶在风浪中航行的各种工况,考虑船舶运动和风浪作用,建立带有风浪扰动的电推船桨模型。采用永磁同步电动机对螺旋桨负载特性进行仿真模拟,通过矢量控制使永磁同步电机的电磁转矩特性与螺旋桨各种工况的负载转矩特性一致。在MATLAB/Simulink软件平台上进行全数字建模与仿真,并进行半实物的模拟试验,验证系统的可行性。     

船用三相异步电机转速分段PI控制的仿真研究

基于同步旋转坐标系对船用三相异步电机数学模型进行分析,研究其转子磁链定向矢量控制策略,为实现快速响应、提高系统动静态性能,在传统转速转矩双闭环PI控制基础上提出了外环转速分段PI控制新方法。建立Matlab仿真模型,对比分析转速分段PI控制与传统转速单参数PI控制在电机性能控制的差异性,仿真结果表明了所建电机控制模型的准确性,提出的分段PI控制新方法具有更好的控制精度及动静态调速性能,能够适应船舶各种复杂的运行条件,可增强系统鲁棒性。     

基于线性自抗扰技术的舰炮伺服系统仿真研究

为实现舰炮伺服系统在负载变化大、冲击扰动强情况下的高精度控制,本文将线性自抗扰技术(LADRC)引入到舰炮伺服系统的位置控制器中。为进一步提高扰动的估计精度和控制效果,使用模型辅助的线性扩张状态观测器(LESO)对系统的状态变化进行观测,补偿系统中的内外部扰动。为验证控制效果,在对系统进行分析的基础上,通过Matlab/Simulink进行仿真试验。仿真结果表明,模型辅助线性自抗扰控制器有效地抑制了负载转矩突变干扰,使系统具有更好的抗干扰性能和动态性能,性能明显优于PID及LADRC控制器。     

船舶电力推进中的异步电机矢量控制研究

在船舶数学模型、螺旋桨模型、异步电机矢量控制模型的基础上,建立了船舶电力推进仿真系统.此仿真系统具有通用性,只要修改船体模型、螺旋桨模型和永磁同步电机矢量控制模型的参数,就可以对其他船舶电力推进系统进行仿真.     

Research on H2 speed governor for diesel engine of marine power station

The frequency stability of a marine power system is determined by the dynamic characteristic of the diesel engine speed regulation system in a marine power station. In order to reduce the effect of load disturbances and improve the dynamic precision of a diesel engine speed governor, a controller was designed for a diesel engine speed regulation system using H2 control theory. This transforms the specifications of the system into a standard H2 control problem. Firstly, the mathematical model of a diesel engine speed regulation system using an H2 speed governor is presented. To counter external disturbances and model uncertainty, the design of an H2 speed governor rests on the problem of mixed sensitivity. Computer simulation verified that the H2 speed governor improves the dynamic precision of a system and the ability to adapt to load disturbances, thus enhancing the frequency stability of marine power systems.     

船舶可调桨螺距模糊PID控制器设计

针对柴油机驱动的船舶可调桨推进系统,从运动学和动力学角度建立与其适应的船桨系统、柴油机系统、调速控制系统和螺距控制系统的运动模型.同时运用模糊控制和PID控制理论,在Matlab仿真平台上设计可调桨螺距的模糊PID控制器,调试运行使之与可调桨动力性能相匹配,得到相应螺距偏差、偏差变化率和螺距控制输出量隶属度数据.通过仿真过程离线计算得到模糊控制器输出控制量查询表,从而设计完成可调桨螺距的模糊PID控制器.针对可调桨螺距控制,给定车钟指令信号和脉冲干扰信号.仿真实验结果证明,模糊PID控制器能有效避免可调桨控制跳动问题,且其控制速度、精度和灵敏度较传统PID控制器具有显著优势.     

基于改进的混沌优化的翼滑艇推进系统仿真

通过Matlab平台建立翼滑艇推进系统的数学仿真模型,将翼滑艇的快速性指标和经济性指标的加权形式作为推进系统优化目标,并以Simulink进行实时仿真分析。首先,运用改进的混沌优化算法对模糊控制系统进行优化,求解最小控制目标值,然后对转速控制和螺距控制的控制器参数进行优化,并通过模糊控制器对不同工况下主机转速和可调桨螺距进行控制。最后,对比分析了常规模糊控制器与混沌算法优化后的模糊控制器之间的差别。结果表明,优化后的推进系统在进行航速控制时不仅超调量小,而且稳定性好,该优化方法有效可行。     

基于多段滑模面控制的船舶柴油机调速系统仿真研究

船舶柴油机的稳定运行,关系船舶电力系统电能品质以及柴油机的性能。为了使柴油机具有得到较好的排放性、经济性及动力性,对其转速进行稳定的控制是十分重要的。在实验的基础上建立柴油机调速系统的非线性数学模型,利用滑模变结构控制理论设计了多段滑模面变结构控制器。并用MATLAB/simulink进行了仿真,结果表明:多段滑模面变结构控制能很好抑制系统的超调量,快速跟踪目标值,具有控制精度高,鲁棒性强等特点。     

船舶电力推进系统VC与DTC调速控制策略建模与仿真研究

为研究不同永磁同步电机调速控制策略对船舶大功率推进电机调速性能的影响和在电力推进系统中的适用性,在推进电机及其螺旋桨负载数学模型的基础上,建立永磁同步电机矢量控制(VC)系统和直接转矩控制(DTC)系统.根据实船系统建立船舶电力推进系统并进行仿真,分析在船舶加速工况下2种控制策略的调速性能以及船舶电站的稳定性.仿真结果表明;2种控制策略都有很好的控制效果,在保证良好的调速性能同时,保持整个系统的稳定性,二者在船舶电力推进系统中都具有一定的适用性.     

水下航行器对转螺旋桨用双转子永磁推进电机研究

为实现水下航行器高效稳定运行,将对转永磁同步电动机应用到对转螺旋桨推进系统中,不仅能够简化推进系统结构、减小体积、降低重量和成本,而且没有电刷滑环,运行更加安全可靠.本文模拟双转子在推进器不同扰动情况,观察电流、转速和转矩响应.针对双转子永磁电机的转速控制精度不高和解决两边转子带不平衡负载时转矩扰动问题,设计一种积分型滑模变结构控制器.该仿真结果表明,控制器使系统具有快速性和精确性且对负载扰动具有较强的鲁棒性.     

基于Matlab/Simulink的船舶主柴油机转速控制系统的动态仿真

建立船舶主机转速控制系统的非线性动态仿真模型,柴油机子模型、控制系统子模型和螺旋桨子模型。在理论分析的基础上,采用模块化的设计思想,通过Matlab/Simulink的动态设计方法对该模型进行了离线仿真,实验结果表明,提出的方法和所建立的模型是真实可靠的。     

低速柴油机推进轴系频域稳态扭转振动分析

以载重10 000 t低速柴油机推进轴系为研究对象，创建其当量系统模型。基于系统矩阵法对推进轴系进行自由振动分析，求得扭转振动固有频率和振型。研究柴油机在全转速下的气体和往复惯性激励力矩，针对推进轴系在柴油机和螺旋桨共同激励下的频域稳态扭转振动响应特性进行计算，求得推进轴系扭转振动的主谐次、共振转速点和推进轴系各部件的应力值。结果表明，推进轴系在低阶频率振动时气缸和中间轴振幅较大，推进轴系应力远小于材料的屈服强度，船舶能够安全稳定航行，同时为推进轴系时域瞬态扭转振动研究打下基础。     

基于自适应算法的柴油机调速系统研制

摘要：在柴油机调速过程中,针对柴油机PID控制器参数一经确定不能在线调整的问题,以6135型柴油机为控制对象,以MATLAB／Simulink作为软件平台,深入研究了自适应控制的基础理论,设计了一种模型参考自适应控制器,建立了柴油机电子调速系统仿真模型,进行了控制系统仿真研究。结果表明,新设计的智能型自适应控制器能在线自动整定最佳控制参数,优于传统的PID控制,具有良好的自适应性和智能性。     

增压柴油机推进系统仿真研究

首先建立了增压柴油机一系列平衡点的综合函数,它综合有关部件的静态特性,经过离线的迭代运算,事先求得;然后建立发动机本体、涡轮增压器、调速器及船桨运动微分方程;在Matlab Simulink下建立增压柴油机准稳态非线性仿真模型,研究静态平衡条件受到破坏时,具有代表意义参数的动态过程.仿真结果表明,准稳态非线性的建模方法符合大扰动下仿真的实时性和精度.