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原文传递船舶电力推进模拟平台的研究

论文题名：	船舶电力推进模拟平台的研究
关键词：	船舶;电力推进系统;建模;模拟平台;模块化编程
摘要：	随着全球能源的紧缺和环保的要求，船舶电力推进技术受到了世界各国的重视。由于船舶电力推进系统存在多变量、强耦合和非线性等特性，其推进控制已成为一个具有挑战性问题，本文在船舶电力推进系统建模与仿真和螺旋桨负载模拟等方面进行了深入研究，主要研究内容如下: 　　 1)以船舶电力推进系统为研究对象，对电力推进平台的组成、控制和功能进行了分析，进行了系统设计，电力推进平台由动力系统和控制系统组成，动力系统包括推进电机、负载电机、制动电阻等，采用机械负载电动模拟技术，推进电机与负载电机同轴连接，推进电机采用转速控制方式，负载电动机采用转矩控制方式，用于模拟螺旋桨的动态负载;控制系统由变频器、PLC、上位监控计算机和实时仿真控制器组成，采用Profibus现场总线技术构成现场总线控制系统，控制系统软件设计包括PLC程序设计、通信程序设计、监控程序设计等。　　 2)采用基于模型的设计方法，构建了基于硬件在环技术的电力推进模拟平台，建立了四象限的船桨仿真模型，dSPACE实时仿真控制器实时采集推进电动机的转速信号，经船桨模型计算出螺旋桨的转矩信号，作为变频器的给定转矩信号，控制负载电动机的转矩，实现螺旋桨负载的模拟，并对实验数据进行实时监控，该模拟平台为电力推进系统的研究提供了良好的开发环境和研究对象，在此基础上进行半实物的仿真实验，研究了螺旋桨负载模拟技术、监控系统集成技术。　　 3)对实时硬件在环仿真系统中实系统（小比例模拟系统）和虚系统（原型系统）之间的参数等效缩放及数据通信等问题进行研究，根据相似性理论和量纲分析方法，以及物理量等效缩放原则，确定了选取转动惯量的方法及惯性转矩的计算公式。　　 4)采用模块化编程方法，建立柴油发电机组并联运行的控制模型，包括自动并网控制、负荷转移和功率均衡控制等模块，进行了并联运行同步发电机的自动并网控制、负载转移控制和功率均衡控制的仿真研究，仿真结果表明所建立的柴油发电机组双机并联运行数学模型的正确性。建立电力推进系统的仿真模型，对推进电机在启动、制动、紧急反转时推进系统的暂态及其对电网的影响进行仿真，仿真结果表明推进电机在直接起动、制动及紧急反转时，推进电动机的负载波动大，为了减少推进电机对电网的冲击，需综合考虑船舶电站的功率裕量和螺旋桨的转矩特性和推进电机的性能，对推进电机进行相应的限制，包括加、减速率的限制、最大转速限制、最大转矩限制和最高转速限制等。　　 5)从三相VSR主电路的拓扑结构出发，分析了三相静止坐标系以及两相同步旋转坐标系的VSR系统模型，阐述了基于电压矢量定向控制的三相VSR控制策略，分析和推导基于该方法的定向角的检测方法和在不平衡条件下电网电压的正负序分量的检测方法，进行仿真研究，验证该方法的可行性和有效性。　　通过开展船舶电力推进系统建模和仿真研究，可再现系统的稳态及动态行为，从而揭示系统的内在规律，对船舶电力推进系统的设计及性能分析具有理论和实际应用意义。
作者：	罗成汉
专业：	舰船电力推进及自动化技术
导师：	陈辉
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文