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原文传递船舶电力推进系统动态过程仿真与推进电机控制方法的研究

论文题名：	船舶电力推进系统动态过程仿真与推进电机控制方法的研究
关键词：	滑模变结构;动态过程仿真;扩展卡尔曼滤波;免疫支持向量机;船舶电力推进系统;推进电机控制方法
摘要：	船舶电力推进系统是船舶电力系统和电力推进传动单元两大系统综合,船舶电力推进传动单元的功率占据船舶电力系统容量50%以上,与船舶电力系统之间存在很强的耦合,增加了系统的复杂性。论文以典型电力推进船舶的电力推进系统为对象,对船舶电力推进控制系统的建模仿真和大功率船舶永磁同步推进电机的控制算法进行了系统的研究,完成了以下研究工作。　　 (1)建立了由船舶柴油发电机组、大功率船舶永磁同步推进电机和船桨组成的系统数学模型。以并网柴油发电机组旋转坐标系为参考,构造船舶电力系统微分代数方程,采用牛顿法求解多台柴油发电机组并联运行时刻的母线电网电压。给出了关于推力系数和扭矩系数的螺旋桨特性计算方法,满足了船舶电力推进驱动全工况范围的仿真需要。柴油机调速器依据速度下倾特性控制电网频率和有功功率分配,自动电压调节器引入均压线概念,实现柴油发电机组并联运行的动态过程仿真和综合船舶电力推进系统的动态过程仿真,结果验证了数学模型和计算方法的有效性。　　 (2)为了解决传统直接转矩控制在大功率内装式船舶永磁同步推进电机应用中存在的不足,提出了采用扩展卡尔曼滤波观测器对内装式船舶永磁同步推进电机精确参数估计的方法和基于负载角直接限制和间接限制相结合的直接转矩控制算法。将扩展卡尔曼滤波观测的定子电流磁链、位置和速度信息用于基于负载角限制的直接转矩控制,实现了无速度传感器的负载角限制直接转矩控制。仿真结果表明提出的直接转矩控制算法能够保证电机运行同步,具有良好的转速和力矩控制性能。　　 (3)为了实现大功率内装式船舶永磁同步推进电机电流跟踪的快速性和准确性,将一种改进的滑模控制算法应用于内装式船舶永磁同步推进电机电机最大转矩电流比控制调速系统中。根据用极值原理推导出最大转矩电流控制方法,选取积分滑模面和指数趋近律,设计滑模变结构电流控制器,给出了控制系统的稳定性证明。仿真结果表明新型滑模变结构矢量控制与常规矢量控制相比较具有更好的控制效果。　　 (4)针对大功率内装式船舶永磁同步推进电机的多变量、非线性和强耦合的特性,提出了一种基于多模态免疫支持向量的广义逆系统方法,对大功率内装式船舶永磁同步推进电机进行动态解耦控制研究。证明了大功率内装式船舶永磁同步推进电机的可逆性,给出了免疫支持向量机逆系统结构。将基于多模态免疫算法的支持向量机参数优选算法应用到大功率内装式船舶永磁同步推进电机逆模型学习中,将逆模型串接在电机之前构成伪线性复合系统实现MIMO系统的线性化与解耦,设计了PID控制器进行分别控制。仿真试验结果表明,该控制策略能有效地改善大功率内装式船舶永磁同步推进电机调速系统的动态性能,增强其鲁棒性和抗干扰的能力。
作者：	刘雨
专业：	交通信息工程及控制
导师：	郭晨
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文