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。     

恶劣海况下电力推进系统转速模糊补偿控制策略

针对恶劣海况下电力推进系统转速控制速度波动过大以及稳定时间过长的问题，在分析发生盘面积损失和卷气效应时螺旋桨推力损失和转矩损失的基础上，提出降低转速的控制策略（抗过旋控制1）、加入转矩损失补偿的控制策略（抗过旋控制策略2）以及模糊补偿控制策略（抗过旋控制策略3）。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型，比较不同控制策略的性能优劣。仿真试验结果表明，模糊补偿控制策略的效果最佳。     

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。     

船舶永磁同步电机模型预测转矩控制

针对电力推进船舶的永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)控制问题,基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Fiter, EKF)技术,提出一种改良的无速度传感器模型预测转矩控制(Model Predictive Torqne Control, MPTC)策略。采用EKF方法观测电机转速,以改善船舶推进电机的估计精度并提高控制系统的鲁棒性;采用改良的模型预测控制策略,可实现最优电压矢量输出,减小转矩、磁链波纹和控制器计算量,同时能够提高推进电机的控制性能。仿真结果表明:EKF具有很强的抗干扰性且可精确地估算出电机角度,MPTC与直接转矩控制(Direct Torque Control, DTC)相比,具有更低的转矩脉动和电磁脉动,可提高船舶电力推进的控制性能。     

船舶电力推进系统控制策略仿真研究

本文针对单一的船舶电力推进系统控制策略无法应对所有复杂工况的问题,提出组合控制策略方案。首先基于三种常规电力推进系统控制策略（转速控制、转矩控制、功率控制）各自的适用范围,引入权重函数,定义权重系数,并提出结合粒子群算法优化权重系数的方法,然后搭建船舶电力推进系统仿真模型,模拟船舶复杂工况,验证组合控制策略的适用性。仿真实验结果表明,所提出的组合控制策略方案在应对船舶复杂工况时能充分发挥三种常规控制策略的优势,具有更好的控制效果。     

冰载荷作用下船舶电力推进装置控制策略研究

船舶在极地海域航行时,将面对恶劣的冰载荷工况,冰-桨的相互作用致使船舶推进系统产生转速降,系统同时产生较大的扭矩波动,动力推进系统的安全受到威胁。论文以某重型破冰船电力推进系统为研究对象,建立电力推进系统转速-时间仿真模型和扭振时域动态响应计算数学模型,重点研究了冰载荷激励力矩作用时电力推进系统在不同调速控制策略下的电机转速降及轴系扭矩动态响应,通过全转速分析得到不同调速控制策略下电机转速降和轴段最恶劣冰载荷扭矩幅值随初始转速的分布规律,并对推进系统在各冰载荷工况及各冰厚条件下的螺旋桨破冰性能作出了预测,结果可为冰区电力推进装置的设计及性能分析提供参考。     

基于PLC和触摸屏的船舶电力推进监控装置设计

为提高船舶电力推进的控制质量与安全可靠性,设计了基于施耐德M340 PLC和XBTGT7340触摸屏的电力推进系统监控装置.装置的硬件方面,以Modbus现场总线技术为基础,运用ATV61变频器实施推进电机控制,运用PM850和ION7650两种电力参数检测仪表实施推进系统监视.装置的软件方面,在完成现场总线通讯、推进系统故障报警编程的基础上,鉴于船舶航行海况等因素对于推进系统安全运行的巨大影响,设计了转速/转矩联合的控制方式和两种控制方式进行无扰动切换的逻辑功能.装置制作完成后进行的推进电机控制实验表明,其功能可以满足船舶电力推进监控的主要要求.     

基于DSP的小型船舶直流无刷电机控制系统的设计

随着永磁材料和控制技术的不断进步,直流无刷电机的功率越来越大,其优势包括效率比较高、使用时间长、噪声非常小、转速平稳、输出转矩大等,它在小型船舶的电力推进系统中扮演着越来越重要的角色。目前,直流无刷电机在船舶上的工作效果不理想,阻碍其在高性能电力推进船舶中大量的普及推广。直流无刷电机简称BLDCM,其关键问题是电机的控制策略、转矩稳定控制以及无位置传感器。本文根据BLDCM的速度环和电流环的响应特点,利用传统的PID算法和现代模糊控制算法,设计了相应的硬件系统和软件系统,然后建立了基于DSP的小型船舶直流无刷电机控制装置。实验结果显示,采用模糊PID算法对电机进行控制的效果更好,可以实现脉动更小的输出转矩和更大的转速,同时此系统能够在小型船舶的电力推进系统中稳定、持续地工作,能够满足实际应用的要求。     

船舶航向跟踪系统自适应单神经网络控制

  目的  为了最大限度地保障智能船舶运输安全,研究一种与智能船舶正常航行控制策略不同的船舶运动鲁棒控制算法,不追求准确、快速和节能,以智能船舶稳定航行为唯一设计指标。  方法  采用四维Norrbin非线性数学模型和二阶闭环增益成形算法设计控制策略。  结果  得到了航向不稳定船舶保持稳定的鲁棒控制器设计的通用算式,仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。  结论  正常海况下,该控制策略的综合性能指标不如以往的控制策略,但在8级风以上的恶劣海况下,能最大限度地保障船舶航行稳定、安全。该控制策略可以作为智能船舶在恶劣海况下安全航行的配套措施。     

基于混合储能的船舶电力推进系统模糊PI控制策略

针对船舶实际航行过程中因复杂海况造成的电力推进系统中直流母线电压波动问题,构建一种基于混合储能的船舶电力系统模型,该模型由超级电容器和蓄电池组成。根据系统功率频谱确定低通滤波时间常数,并通过模糊PI控制策略实现对功率型和能量型2种储能元件充放电全过程的精确管理,延长使用寿命,有效应对在各种复杂海况下的直流母线电压波动问题。在VS2010上进行编程仿真分析,通过将仿真结果与实际船舶电力推进系统模型运行数据相对比,验证所提出的能量管理方案和控制策略的有效性。