船舶電力推進系統(tǒng)無源性控制策略與諧波抑制方法研究.pdf

1、船舶綜合電力推進是一種先進的推進方式，高性能的推進器控制是其核心技術(shù)之一。推進器的運行特性和變頻器的諧波抑制直接關(guān)系到船舶的安全性、可靠性與操控性能，因而穩(wěn)定、高效的控制策略是綜合電力推進的關(guān)鍵和研究熱點所在。無源性控制(PBC)理論是一種分析和設(shè)計非線性系統(tǒng)的強有力工具，主要解決非線性對象控制中因內(nèi)部建模誤差和外部時變擾動引起的控制品質(zhì)惡化難題，本文對PBC理論在船舶電力推進系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了研究。在詳細分析交流電機推進器運行特性和螺

2、旋槳負載模型的基礎(chǔ)上，研究采用PBC理論對船舶電力推進器進行自適應(yīng)優(yōu)化設(shè)計的可行性，提出應(yīng)用PBC理論對船舶電力交.交變頻系統(tǒng)進行諧波補償?shù)脑O(shè)計方案，著重解決船舶電力推進器的非線性控制和電力變頻器的諧波抑制問題。本文主要完成的工作是：
　　 建立了船舶電力推進系統(tǒng)的無源性控制模型。在分析交流電機運行特性的基礎(chǔ)上，基于坐標變換，采用Euler-Lagrange( E-L)系統(tǒng)描述交流電機推進器模型，通過推導(dǎo)通用變量定義的能量函數(shù)和

3、Lagrangian方程，建立了船舶電力推進器的解析數(shù)學(xué)模型，進而對船舶電力推進系統(tǒng)的無源性特性進行了分析和論證。通過對船舶螺旋槳工作原理和在不同工況下扭矩特性的分析，建立了螺旋槳負載的動力學(xué)模型。船舶電力交流電機推進器和螺旋槳負載模型的建立，為船舶電力推進系統(tǒng)控制策略的設(shè)計和實現(xiàn)提供了理論基礎(chǔ)。
　　 基于E-L方程描述的船舶電力異步電機推進器模型，設(shè)計了異步電機推進器在負載時變未知情形下的無源性控制器。結(jié)合自適應(yīng)控制策略，提

4、出了自適應(yīng)PBC方法。當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子電阻時變未知時，實現(xiàn)了異步電機推進器期望轉(zhuǎn)矩、期望轉(zhuǎn)速和期望轉(zhuǎn)子磁通的快速漸近跟蹤控制，并解決了時變負載和時變轉(zhuǎn)子電阻的在線精確估計問題。時變負載和螺旋槳負載條件下的仿真結(jié)果表明：船舶電力異步電機推進器的自適應(yīng)PBC方法對時變未知的轉(zhuǎn)子電阻和負載轉(zhuǎn)矩具有較高的控制精度和很強的魯棒性能。
　　 基于E-L方程描述的船舶電力同步電機推進器模型，研究了負載轉(zhuǎn)矩為任意時變未知情形下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、磁鏈漸近

5、跟蹤的同步電機自適應(yīng)無源性控制器設(shè)計。以優(yōu)化閉環(huán)系統(tǒng)控制性能為目標，設(shè)計狀態(tài)觀測器和自適應(yīng)控制律，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子電阻時變未知情形下轉(zhuǎn)子磁場矢量的漸進跟蹤控制。時變負載和螺旋槳負載條件下的仿真結(jié)果表明：船舶電力同步電機推進器的自適應(yīng)PBC方法對時變未知的轉(zhuǎn)子電阻和負載轉(zhuǎn)矩具有較高的控制精度和很強的魯棒性能。
　　 針對船舶大功率同步電機推進系統(tǒng)中交一交變頻器引起的電源電流畸變現(xiàn)象，從能量平衡關(guān)系出發(fā)，提出了一種新型有源濾波器自適應(yīng)PB

6、C控制策略。當(dāng)非線性負載時變未知時，設(shè)計簡單有效的諧波電流無源性檢測方法，實現(xiàn)了諧波電流的精確計算、快速跟蹤和系統(tǒng)參數(shù)的自校正功能。仿真結(jié)果表明：采用自適應(yīng)PBC方法的APF能夠有效抑制船舶電力交.交變頻系統(tǒng)的電源電流諧波。
　　 基于dSPACE硬件系統(tǒng)，利用快速控制原型技術(shù)，設(shè)計了船舶電力推進系統(tǒng)實驗平臺，完成了交流電機推進器自適應(yīng)PBC算法和交.交變頻器諧波抑制方法的實驗驗證。此系統(tǒng)的實現(xiàn)，為船舶電力推進技術(shù)的先進控制策略