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船舶电力推进系统不同海况下控制策略的研究

发布时间:2017-09-22 11:45

  本文关键词:船舶电力推进系统不同海况下控制策略的研究


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【摘要】:船舶电力推进系统具有经济性能好、易操纵、安全系数高等特点,主要由推进电机和螺旋桨负载两部分组成。永磁同步电动机的磁通密度高,动态性能好,所以通常采用永磁同步电动机作为推进电机。本文以电力推进的船舶为研究对象,对不同海况下的船舶电力推进系统控制策略进行研究。船舶运行是一个复杂连续的过程,本论文对不同海况下的船舶电力推进系统采用不同控制策略,最终使船舶在不同海况下平稳运行。首先,对船舶电力推进系统各模块进行仿真模型的建立,然后对螺旋桨特性进行分析,包括船桨相互作用、桨的敞水特性、进速比等,最后分析船舶运行的阻力以及船舶推进效率的问题。由于船舶运动是一个动态过程,本论文分别对轴、永磁同步电机、螺旋桨进行动态模型的建立,为不同海况控制策略的研究做准备。其次,针对平静海况下的船舶运动,采用了转速控制策略,永磁同步电机采用直接转矩控制策略。平静海况是指海面平静,螺旋桨全部浸没在海水里,桨叶之间无通风存在。此海况的控制目标是使螺旋桨最终输出的转速与给定的转速相等。直接转矩控制具有较高的动态响应,通过仿真结果的分析,验证了转速控制的实用性。再次,针对恶劣海况下的船舶运动,采用了一种类似于汽车-.系统的抗过旋控制方法。恶劣海况是指海面存在浪、流和涌等恶劣条件,此时桨叶之间存在通风,会造成一定的推力转矩损失,因此船舶运动系统不稳定。为了降低转速和过大的推力转矩损失,引入了抗过旋控制策略。抗过旋控制包括负载转矩监测、损失估算以及通风检测部分,分别对它们进行数学模型的建立,最后进行仿真结果的分析,验证了控制策略的可行性。最后,研究了不同海况下的切换控制策略。本文采用了一种开关切换控制方法,使船舶在不同海况之间平稳切换。先对切换控制运行原理进行分析,再对切换器进行模型的建立,从而解决了不同海况之间的平稳切换问题。通过对仿真结果分析,表明切换控制策略的鲁棒性好,控制效果稳定。
【关键词】:船舶电力推进系统 转速控制 抗过旋控制 切换控制 不同海况
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U664.14
【目录】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-9
  • 第1章 绪论9-17
  • 1.1 课题研究的背景及意义9-12
  • 1.2 国内外研究发展现状12-16
  • 1.2.1 船舶电力推进系统的发展现状12
  • 1.2.2 不同海况下电机转矩控制策略研究现状12-16
  • 1.3 本文的主要研究内容16-17
  • 第2章 船舶电力推进系统原理分析及建模17-24
  • 2.1 船舶电力推进系统运行原理17
  • 2.2 船舶系统中螺旋桨特性17-20
  • 2.3 船舶运动阻力计算20-22
  • 2.4 船舶系统中动态模型的研究22-23
  • 2.4.1 轴动态模型的建立22
  • 2.4.2 永磁同步电机模型的建立22-23
  • 2.5 本章小结23-24
  • 第3章 平静海况下船舶电力推进系统控制策略研究24-42
  • 3.1 控制的基本参数24
  • 3.2 控制目标24-28
  • 3.2.1 推力的产生25
  • 3.2.2 机械磨损25-26
  • 3.2.3 船舶运动的亏损影响26-28
  • 3.3 船体对螺旋桨的相互影响28-30
  • 3.4 平静海况下永磁同步电机的直接转矩控制30-35
  • 3.5 模型搭建与仿真结果分析35-37
  • 3.6 永磁同步电机建模与MATLAB仿真37-41
  • 3.7 本章小结41-42
  • 第4章 恶劣海况下船舶电力推进系统抗过旋控制研究42-50
  • 4.1 抗过旋控制的控制目标42-43
  • 4.2 抗过旋与防抱死系统类比分析43-44
  • 4.3 负载转矩监测44-45
  • 4.4 转矩损耗估算系统45
  • 4.5 抗过旋系数计算模块45-47
  • 4.6 仿真模型的建立47-48
  • 4.7 本章小结48-50
  • 第5章 船舶电力推进系统不同海况下切换控制的研究50-57
  • 5.1 切换控制系统原理分析50-53
  • 5.1.1 切换控制模块51-52
  • 5.1.2 不同海况判定原则52-53
  • 5.2 切换控制系统53-54
  • 5.3 切换控制系统仿真结果与分析54-55
  • 5.4 本章小结55-57
  • 结论57-58
  • 参考文献58-63
  • 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果63-65
  • 致谢65


本文编号:900668

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