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原文传递船舶电力推进系统无源性控制策略与谐波抑制方法研究

论文题名：	船舶电力推进系统无源性控制策略与谐波抑制方法研究
关键词：	船舶电力推进系统;无源性控制;自适应控制;电力变频器;谐波抑制;dSPACE
摘要：	船舶综合电力推进是一种先进的推进方式，高性能的推进器控制是其核心技术之一。推进器的运行特性和变频器的谐波抑制直接关系到船舶的安全性、可靠性与操控性能，因而稳定、高效的控制策略是综合电力推进的关键和研究热点所在。无源性控制(PBC)理论是一种分析和设计非线性系统的强有力工具，主要解决非线性对象控制中因内部建模误差和外部时变扰动引起的控制品质恶化难题，本文对PBC理论在船舶电力推进系统中的应用进行了研究。在详细分析交流电机推进器运行特性和螺旋桨负载模型的基础上，研究采用PBC理论对船舶电力推进器进行自适应优化设计的可行性，提出应用PBC理论对船舶电力交.交变频系统进行谐波补偿的设计方案，着重解决船舶电力推进器的非线性控制和电力变频器的谐波抑制问题。本文主要完成的工作是：　　建立了船舶电力推进系统的无源性控制模型。在分析交流电机运行特性的基础上，基于坐标变换，采用Euler-Lagrange( E-L)系统描述交流电机推进器模型，通过推导通用变量定义的能量函数和Lagrangian方程，建立了船舶电力推进器的解析数学模型，进而对船舶电力推进系统的无源性特性进行了分析和论证。通过对船舶螺旋桨工作原理和在不同工况下扭矩特性的分析，建立了螺旋桨负载的动力学模型。船舶电力交流电机推进器和螺旋桨负载模型的建立，为船舶电力推进系统控制策略的设计和实现提供了理论基础。　　基于E-L方程描述的船舶电力异步电机推进器模型，设计了异步电机推进器在负载时变未知情形下的无源性控制器。结合自适应控制策略，提出了自适应PBC方法。当负载转矩和转子电阻时变未知时，实现了异步电机推进器期望转矩、期望转速和期望转子磁通的快速渐近跟踪控制，并解决了时变负载和时变转子电阻的在线精确估计问题。时变负载和螺旋桨负载条件下的仿真结果表明：船舶电力异步电机推进器的自适应PBC方法对时变未知的转子电阻和负载转矩具有较高的控制精度和很强的鲁棒性能。　　基于E-L方程描述的船舶电力同步电机推进器模型，研究了负载转矩为任意时变未知情形下实现转速、磁链渐近跟踪的同步电机自适应无源性控制器设计。以优化闭环系统控制性能为目标，设计状态观测器和自适应控制律，实现了转子电阻时变未知情形下转子磁场矢量的渐进跟踪控制。时变负载和螺旋桨负载条件下的仿真结果表明：船舶电力同步电机推进器的自适应PBC方法对时变未知的转子电阻和负载转矩具有较高的控制精度和很强的鲁棒性能。　　针对船舶大功率同步电机推进系统中交一交变频器引起的电源电流畸变现象，从能量平衡关系出发，提出了一种新型有源滤波器自适应PBC控制策略。当非线性负载时变未知时，设计简单有效的谐波电流无源性检测方法，实现了谐波电流的精确计算、快速跟踪和系统参数的自校正功能。仿真结果表明：采用自适应PBC方法的APF能够有效抑制船舶电力交.交变频系统的电源电流谐波。　　基于dSPACE硬件系统，利用快速控制原型技术，设计了船舶电力推进系统实验平台，完成了交流电机推进器自适应PBC算法和交.交变频器谐波抑制方法的实验验证。此系统的实现，为船舶电力推进技术的先进控制策略研究奠定了基础和应用平台。
作者：	薛花
专业：	电力电子与电力传动
导师：	姜建国
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文