船舶电力推进系统高机动特性分析

本文运用Matlab/Simulink建立了船舶电力推进系统的数学模型,并对船舶电力推进系统的高机动特性进行了数字仿真。在建模和仿真的过程中,本文采用了分层结构和模块化设计方法,并采用了基于转差频率调速控制策略,对异步电动机的起动过程、加载过程中的电动机转速、电磁转矩、三相电流以及dq轴电流进行了详细仿真分析。此外,在两种常见工况下,分别比较了采用转差频率调速控制策略和不采用该策略时电机的转速变化曲线,仿真结果证明了所建立的模型和仿真方法的准确性和有效性。

船舶电力推进系统控制方法

此文对当前在船舶推进方面发展迅速的电力推进系统的控制方法作了简要的概括和原理分析。希望能有更多的同行关注船舶电力推进未来发展及其对我国海运业发展的影响。

螺旋桨负载永磁同步电机直接转矩控制系统研究

为了研究空间矢量调制策略对大功率永磁同步电机在螺旋桨负载特性下变频调速性能的影响,通过对直接转矩控制变频调速和螺旋桨负载特性理论的分析,结合螺旋桨敞水特性曲线,得到螺旋桨推力系数Kp和扭矩系数Km分别与进速比J之间的函数关系。提出了推力系数和扭矩系数的计算方法,建立了螺旋桨负载和永磁推进电机直接转矩控制的仿真模型。仿真结果表明,直接转矩控制系统中永磁推进电机转速动态响应快,转速稳定后电磁转矩与螺旋桨旋转产生的负载转矩相等。与实测电机运行数据比较可知,不同转速下仿真得到的电机转矩值与实测值相一致,验证了该模型的有效性。

船舶电力推进六相同步电动机控制研究

针对六相电励磁同步电动机的控制问题,结合六相电励磁同步电动机的特点,依据三相电励磁同步电动机控制理论,实现了六相电励磁同步电动机气隙磁场定向矢量控制,设计了适用于六相同步电动机的磁链观测器.结合船舶螺旋桨负载,研究了船舶电力推进六相电励磁同步电动机控制系统的运行.得到结论:采用基于气隙磁场定向矢量控制作为船舶电力推进六相同步电动机的控制策略,具有响应速度快、功率因数高的优点;采用电力推进的方式时要注意直接起停存在的转矩冲击以及能量回馈.

基于自抗扰控制的船舶永磁电机无位置传感器混合控制

无位置传感器控制是船舶电力推进系统可靠性的重要保障。针对目前没有单一算法能够实现全转速范围的无位置传感器控制,提出了一种基于自抗扰的无位置传感器混合控制策略。对于电机零、低速区域采用高频电流注入法估算转子位置,对于中、高速区域采用扩展反电动势(EMF)法估算转子位置,并将2种估算方案集成到同一控制结构中,分别设计了适用于其电流内环的自抗扰控制器,使用扩张状态观测器实现了高性能的位置估计,最后针对2种算法切换的问题给出了融合过渡方案。实物平台验证了算法的精准性及强鲁棒性,为实现全转速范围船舶推进内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制提供了依据。

船舶电推PMSM无位置传感器控制研究现状综述

电力推进船舶是未来绿色船舶的重要发展方向。永磁同步电动机的一系列优点使其适合作为电推船的推进电机。船舶工作环境的恶劣使得无传感器控制技术在船舶电力推进永磁电机中具有较强的实际意义。目前,无传感器控制技术主要分为中高速和低速两部分,复合控制算法可用于电机全速域范围进行位置和转速估计。

船舶永磁推进电机直接转矩控制的比较

在直接转矩控制变频调速的理论基础上,建立了基于传统开关表和空间电压矢量调制的直接转矩控制仿真模型。仿真结果表明,采用该技术的变频调速系统能够满足船用大功率永磁电机在动态转矩响应方面的要求,不同转速下仿真得到的电机转矩值与实测值相一致,验证了仿真模型的正确性。同时通过比较结果可知,采用空间电压矢量调制技术后,能有效克服在传统直接转矩控制中存在的转矩和磁链脉动大的缺点。

船舶中央空调自动控制系统研究

针对船舶中央空调系统设计一种基于组态软件的自动控制系统,该系统由上位机(工控机)和下位机两部分组成,工控机可以显示被监测对象的参数,控制指令也可由工控机下达。而且PLC可以接受监测参数的信号,输出控制信号给执行机构,由执行机构动作,完成中央空调系统的自动控制。

矩阵式变换器在船舶电力推进系统中的仿真

结合矩阵式变换器双空间矢量调制算法与电机矢量控制原理,对某船用永磁同步电机进行仿真研究.设计涵盖电机启动,正常运行及能量反馈各状态的实验.仿真结果表明电机转速能保持设定值,转矩响应迅速,输入侧电流总谐波畸变率符合规范要求且能实现能量反馈.

一种船舶电力推进系统十五相电机矢量控制方法

为提升船舶电力推进系统电机的单机带负载能力,用十五相电机替代三相电机,对十五相电机控制方法进行研究。结合十五相电机电力推进系统架构,通过变换矩阵将矢量控制方法应用到推进系统十五相电机控制中,建立十五相电机矢量控制方法仿真模型。通过试验对该模型在4种典型工况下的运行效果进行验证,结果表明,该模型的运行效果良好,提出的十五相电机矢量控制方法有效,能适配并发挥十五相电机电力推进系统的优势。

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。

船用推进电机带速反向起动过程的研究

随着舰船灵活性要求的不断提高,要求船用推进电机具有快速转换工况的能力。本文介绍了其中最重要的工况——带速反向起动的起动过程,分析了反向切换转速的计算及其控制系统应该满足的要求,特别是对转速振荡现象进行了理论分析,提出了解决这一难题的基本方案。

电力推进船舶开关磁阻电机交错控制策略研究

由于电力推进船舶开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)运行工况和负载实时变化,传统三段式调速很难通过试凑法来确定切换时刻的转速和开通角、关断角,如果选择不当将造成切换时刻转速或者转矩的波动,引起系统的不稳定。针对此问题,本文对传统三段式调速策略进行了优化,提出一种交错控制策略。最后在实验验证了该控制策略的有效性,改善了控制性能,提高了系统的稳定性。

船舶电力推进永磁容错电机模糊自适应PI控制

永磁容错电机(FTPMM)综合了永磁同步电机和开关磁阻电机的优点,可作为电推船的推进电机。在研究船用FTPMM结构及数学模型的基础上,对电机采用模糊自适应PI控制。误差大时,增加误差控制作用的权重,提高系统响应速度;误差小时,增加误差变化量控制作用的权重,使系统尽快进入稳态。通过仿真对比分析了模糊自适应PI控制策略相较于普通PI控制的优越性,并验证了其在船舶电力推进系统中应用的可行性。

船用推进电机集控软件数据库模块开发

本文介绍船用推进电机集控软件数据库模块的开发工作。从集控软件数据库模块总体结构、交互界面的建立、数据库线程和数据库连接、数据库在交互界面中的显示以及数据库与交互界面之间的通信等角度,介绍了基于Qt和SQLite的推进电机集控软件数据库模块的开发过程,文末展示了推进电机集控软件数据库模块的运行效果。

船舶吊舱SSP推进电机的无模型自适应矢量控制方法

考虑具有不确定动态和航行中负载变化与海况干扰的船舶吊舱SSP推进电机控制问题,提出了一种无模型自适应矢量控制方法,推导了SSP推进电机的动态线性方程,设计了基于速度跟踪误差无模型自适应矢量控制器和进行了收敛性证明,在线调整伪偏导数,保证了推进电机控制系统跟踪误差一致有界,并对比了无模型自适应矢量控制器与自整定PI矢量控制器的控制性能。计算结果表明:基于复合无模型自适应矢量控制的SSP推进系统在恶劣海况下转速平均振荡小于6r·min-1,转矩平均振荡小于8.20×104 N·m,机动航行时对应的值分别小于7r·min-1与1.08×105 N·m,而采用自整定PI矢量控制时,在恶劣海况下转速平均振荡达到13r·min-1,转矩平均振荡达到2.13×105 N·m,机动航行时对应的值分别达到12r·min-1与2.81×105 N·m,因此,复合无模型自适应矢量控制下的转速与转矩抖动和稳态运行静差较小,具有良好的动态响应。

永磁同步电机开路故障容错补偿控制

基于磁动势不变原则的故障容错补偿控制策略,在研究正常情况下船用永磁同步电机磁动势数学模型的基础上,建立了一相开路故障下磁动势数学模型。在电机发生一相开路故障时,通过改变其余无故障两相电流的大小和夹角,以保证故障前后电机的合成磁动势不变,进而使得空间电压矢量脉宽调制控制策略在电机控制中仍适用。结合船舶电力推进系统模型,在MATLAB/Simulink中建立船舶电力推进系统的整体仿真模型,并对转矩、转速、电流等参数进行分析。仿真结果表明:在无故障情况下,螺旋桨模型输出转矩脉动和电机的转矩、电流、转速脉动分别约为0.85%、5.90%、6.25%、2.01%,电机运行性能良好。在一相开路故障下,若未采用容错补偿控制策略,螺旋桨对故障响应较为强烈,输出转矩脉动达到22.2%,进而导致推进电机输出转矩、电流、转速均出现较大的波动,分别约为82%、50%、33%,且电机定子磁链轨迹为不稳定的椭圆;采用基于磁动势不变原则的矢量容错补偿控制策略后,螺旋桨输出转矩会恢复到稳定值,脉动约为1.02%,推进电机也会重新稳定运行,转矩、电流及转速脉动均明显下降,分别约为6.20%、6.78%、2.22%,与无故障时的脉动范围基本相同,电机定子磁链轨迹恢复为同故障前一致的圆形。可见,采用故障容错补偿控制策略,可以保证推进电机在正常情况和一相绕组开路情况下均能正常工作,且螺旋桨负载与推进电机性能匹配良好。

船舶电力推进中开关磁阻电机直接转矩控制策略

采用基于电压矢量的直接转矩控制策略对转矩进行控制,电压矢量控制器采用Bang-Bang滞环控制,磁链观测器采用在线估算同时提高定子电压、电流测量的精度以提高磁链精度,转矩观测器采用自适应神经网络的智能辨识方法获得瞬时转矩.仿真和实验结果表明,直接转矩控制策略在保证电机可靠运行的前提下,实现了转矩在一定范围内的恒定,一定程度上有效抑制了转矩脉动.