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。     

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.     

基于不对称全桥型MMC的船舶永磁电机推进系统仿真

为优化中压推进电机调速性能,利用模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)作为推进电机变频器。采用不对称全桥型子模块拓扑,并设计相应的不对称全桥型MMC电机变频调速系统应用于船舶电推系统。在Matlab/Simulink环境下,分析船舶在不同工况下的螺旋桨工作特性以及不对称全桥型MMC调速性能。仿真结果表明,不对称全桥型MMC应用于船舶推进电机调速系统具有良好的控制精度及动态响应能力,采用分级运行模式对推进系统进行启动、停车以及倒车过程,可以减缓MMC电容电压波动,提高系统工作性能。     

船舶电力永磁同步推进电机空间电压矢量DTC

为能更好地控制船舶推进电机的动态和静态性能,在传统直接转矩控制的基础上提出基于空间矢量调制的直接转矩控制算法。通过空间矢量控制、磁链控制和转矩控制,介绍空间矢量调制直接转矩控制算法的基本原理;结合船舶永磁同步推进电机的数学模型,在MATLAB/Simulink中建立船舶电力推进系统的仿真模型;结合试验电机参数,对船舶的额定负载起动性能、转速转矩突变及低速性能进行仿真分析。仿真结果表明,基于空间矢量调制的直接转矩控制技术在船舶电力推进系统中具有良好的调速、调矩和低速性能,能很好地满足船舶电力推进系统的需求。通过搭建基于DSP的永磁同步电机直接转矩控制硬件试验平台,进一步验证基于空间电压矢量的直接转矩控制策略的正确性和可行性。     

基于滑模控制的船舶电力推进调速系统仿真

在船舶电力推进中,推进电机是把电能转化为机械能的核心元件。随着科学技术的日益发展,大功率永磁同步电机已经在电力推进系统中广泛运用。由于舰船系统外部扰动大,会对推进部分交流调速系统带来很大影响。滑模变结构控制受外部扰动因素小,响应快速,因此本文把滑膜变结构控制应用于交流调速系统中,采用id=0的矢量控制策略,建立了船舶推进交流调速系统仿真模型。仿真结构表明,采用滑膜变结构控制进行交流调速,能加快永磁同步电机的推进时间,同时外部扰动对调速影响减小,能够满足船用大功率电机在动态转矩响应方面的要求。     

冰载荷冲击下的船舶推进轴系瞬态扭转振动响应分析

传统的推进轴系扭转振动响应计算聚焦于稳态响应,而传递矩阵法、系统矩阵法,可以取得满意的稳态计算结果,但无法处理冰区船舶、海洋工程船舶所遇到的变载荷、变惯量等瞬态工况。为了克服频域扭振计算方法在处理瞬态条件扭振问题的局限性,使用 Newmark 法从时域求解轴系扭转振动微分方程组,基于该算法对某船推进轴系在冰载荷作用下的瞬态响应做了数值计算。其结果表明,在冰载荷冲击下,轴系瞬态扭矩比稳态扭矩大;通过时频分析,在冰载荷作用期间,出现了明显的螺旋桨叶频激励,因此须避免冰载荷激励产生轴系扭转振动的叶次共振。 Newmark 法扭振计算结果与实船测试结果对比表明,该方法在稳态响应计算和时域曲线上都与实际测量结果基本一致,具有工程实用性。     

六相永磁同步电机三电平变频调速控制策略研究

六相永磁同步电机具有转矩脉动小、振动噪声低、可靠性高、容错性能好等优点,能够满足高性能的远洋船舶电力推进系统的要求。传统六相永磁同步电机变频调速系统大都采用两电平变频技术,在降低功率开关器件开关频率、抑制电机电流谐波、提高变频调速系统功率容量等方面具有局限性。文章分析建立了六相永磁同步电机的数学模型,设计了六相永磁同步电机矢量控制策略,并结合三电平调制技术进行研究。通过Matlab/SimulinK搭建六相永磁同步电机三电平变频系统的仿真模型,模拟六相永磁同步电机运行的不同工况。仿真结果表明,六相永磁同步电机三电平变频调速控制策略的可行性,且在不同工况下能稳定运行,适合具有低噪声低振动要求的现代远洋渔船电力推进系统。     

考虑预加水压力的船冰碰撞动态结构响应研究

针对水介质环境及水介质环境下速度、角度对船舶的结构响应影响机理,利用船舶CFD技术及非线性有限元法模拟水介质中的船-冰碰撞。对比研究船舶在有、无水介质环境下结构响应特性及水介质环境下不同速度、角度的动态结构响应特性,揭示了船舶在不同工况下的损伤变形及碰撞力规律,得到了有、无水介质环境、碰撞速度、碰撞角度等因素对船-冰碰撞的影响机理,为船舶抗冰载荷设计提供参考。     

冰冲击载荷下螺旋桨轴系动态响应的变参数分析

螺旋桨和不同物理参数的海冰接触碰撞产生的冰载荷会对螺旋桨和推进轴系产生不同的影响,研究其对轴系的影响及轴系的响应规律可为推进轴系的设计和布置提供建议。该文基于流固耦合方法,利用ANSYS/LS-DYNA软件计算不同物理参数的海冰和螺旋桨接触碰撞时螺旋桨受到的冰载荷并分析其冰载荷的变化规律,把获取的冰载荷输入到ABQUAS,计算了对应的冰载荷下的船舶推进轴系的应力、应变值,分析了推进轴系的应力、应变值,得到推进轴系的响应规律;得出推进轴系的动态响应受冰载荷的影响较大,随着海冰径向距离的减小而增大,随海冰尺寸和速度的增大而增大,故对冰区船舶的推进装置而言,其强度有着更高的要求。     

一种无变频器式舰船交流电力推进系统稳态特性分析

为提高舰船电力推进系统功率密度,降低振动噪声,提出了一种基于永磁同步电机的无变频器式舰船交流电力推进系统。该系统将永磁同步电机作为推进电机,原动机与电励磁发电机直连,发电机与推进电机通过电缆直连。通过原动机调速实现推进电机转速调节,通过发电机励磁调节实现推进电机电压调节。建立了该电力推进系统静态数学模型,推导了系统主要电气量与发电机励磁电流及推进电机负载转矩间的函数关系,分析了系统的静态稳定性条件,分析了不同转速工况下和电机参数匹配条件下各电气量随发电机励磁电流的变化规律。数字仿真结果验证了所建立的静态数学模型及理论分析结果的准确性。     

船舶柴油发电机转速控制系统设计

电力推进船舶通常采用柴油发电机组作为电力来源,通过电力驱动系统的电机。为了提高电力推进船舶的能源利用率,实现电力推进船舶的经济效益,针对船舶柴油机组的负载特性等进行柴油发电机的转速控制。本文首先建立柴油发电机的数学模型,结合柴发调速系统和PID控制技术,设计针对船舶柴油发电机的转速控制系统,并结合Matlab-Simulink平台进行了转速控制系统的仿真验证。     

船舶电力推进系统的仿真优化策略

电力推进船舶的船—机—桨匹配分析中,仿真所需的模型复杂,工况多,耗时长。用于驱动船舶推进电机的二极管中点钳位(Neutral-Point Clamped,NPC)型三电平逆变器拓扑结构复杂,仿真中计算量大,严重拖慢了船舶电力推进系统整体的仿真速度。为解决此问题,在Matlab/Simulink软件中对一种船舶电力推进系统建模仿真,研究其特性,提出一种由受控电压源替代逆变器驱动十二相感应电机的仿真优化策略以缩短仿真所需时长。对比分析优化模型与原模型的仿真结果可知,优化模型启动与制动性能良好,可在电流、转矩、转速等外特性与原模型基本一致的前提下,将仿真耗时缩短数十倍。表明优化策略准确可行,符合复杂工况的仿真需求,可用于提高电力推进船舶的仿真效率,对同类调速系统有参考意义。     

恶劣海况下船舶电力推进系统抗过旋控制研究

电力推进的船舶在恶劣海况下航行时存在较大扰动,螺旋桨不断进出水面,使船舶推进电机的转速和转矩过大从而造成机械损耗。为此,本文提出一种针对恶劣海况的船舶电力推进系统抗过旋控制策略,不同于平静海况的转速控制策略,考虑船桨通风状态以及损失的估算,对损失因子和估算转矩进行分析,验证抗过旋控制的可靠性。     

交流变频调速技术在船舶电力推进系统中的应用

本文介绍了电力推进系统的特点及其组成。探讨了船舶推进电机的发展趋势。目前用于电力推进的电机主要有直流电动机、同步电动机、鼠笼感应式电动机,根据各自的特点简要地介绍了它们的应用。船舶电力推进系统的核心是主推进电动机的调速控制系统,根据被控对象的不同,现代交流调速系统可分为异步电动机调速系统和同步电动机调速系统。综述了现代交流调速技术的几种典型控制方式在船舶电力推进中的应用。针对电机转矩的控制,比较了目前广泛应用的矢量控制与直接转矩控制的原理及应用。     

恶劣海况下船舶电力推进系统抗过旋控制研究

电力推进的船舶在恶劣海况下航行时存在较大扰动,螺旋桨不断进出水面,使船舶推进电机的转速和转矩过大从而造成机械损耗。为此,本文提出一种针对恶劣海况的船舶电力推进系统抗过旋控制策略,不同于平静海况的转速控制策略,考虑船桨通风状态以及损失的估算,对损失因子和估算转矩进行分析,验证抗过旋控制的可靠性。     

船舶推进电机的优化控制方法研究

考虑船舶推进电机铁损的等值电路模型,首先运用数值计算的方法,计算出船舶推进电机在不同的负载以及不同的转速下所对应的最佳运行效率。然后对基于传统矢量变频的船舶控制方法进行相应改进,使推进电机能够在运行过程中始终保持最小的能量损耗,分析改进后控制方法的适用范围。最后将改进后的控制方法应用于船舶推进电机系统中并进行仿真研究,结果表明优化后的控制方法不仅具有提高船舶推进电机运行效率的优点,还具有改善船舶推进电机动态响应性能的优点。     

珠江380客位双体客船电力推进系统的设计

为减小振动和噪声,珠江380客位双体客船采用柴油发电机组作为双体电力推进客船的动力技术。电力推进系统通过变频器实现变频调速,体现出电力推进系统应用在内河客船上的优越性。动力系统包括柴油发电机组、变频器、推进电机。各系统间通过相应的参数配置,使船舶在航行工况下展示出最佳经济性和操纵性。     

电力推进无人船轴系冲击响应计算

针对无人船的电力推进系统建立电机-轴系动力学模型,分析电机电磁激励力对推进轴系的影响。介绍半正弦波加速度激励,研究冲击激励作用下轴系振动特性,再利用Matlab软件计算多种工况下的轴系冲击振幅,进而对无人船转速进行合理设计。结果表明,船舶在碰撞过程中,冲击能量作用在船舶的推进轴系,造成推进轴系的异常振动或损伤,撞击时船舶航速对轴系影响很大,必须合理选择轴系转速。     

基于无速度传感器的船舶交流推进电机模糊直接转矩控制策略

基于直接转矩控制的普通电力推进船在低速航行时,船舶推进电机的转矩产生明显的周期性振动,为改善此问题,本文将模糊控制逻辑引入到推进电机调速系统中;同时针对电力推进船上速度传感器存在的维修、安装不方便等问题,引入无速度传感器技术。通过Matlab对改进系统进行仿真,结果表明改进后推进电机能够有效的减小转矩脉动,辨识后的转速能有效的跟踪系统的实际转速。     

一种小型船舶电力推进系统的仿真研究

针对以往学者对船舶电力推进系统的研究侧重于推进电机的性能优化和恒转矩负载下静态性能研究的现状,该文结合实验室现有的设备和数据,在永磁同步电机矢量控制技术发展的基础上,利用Matlab中的Simulink模块库搭建一套完整的永磁同步电机、螺旋桨和船体仿真模型,研究转速给定输入下电力推进系统从起动到稳定的工作过程。仿真结果证实了该系统具有良好的动静态性能和抗扰性能,符合实际船舶电力推进系统的工况,为后续的研究工作奠定了基础,具有实用价值。