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电力推进船舶控制系统的设计与校正研究

更新时间:2016-07-05

引 言

采用电力推进系统的游船具有舒适性高、自动化程度高等特点,这对船舶控制系统有着更高的要求。尤其在电动机带螺旋桨启动过程中,过高的电机转矩及过高的螺旋桨转速均会对系统造成极为不利的影响,甚或是不可逆的损害。如何实现平滑、低振荡的控制要求,在电动机带螺旋桨启动过程中显得尤为重要。此时可考虑采用调整前向通道增益来达到某些要求,如最大允许超调量、最大允许稳态误差等。但是,单个增益值通常不能同时满足系统多个性能指标的要求。较为常见的一种改善措施为相位超前校正,即在前向通道串联一个校正环节以满足性能指标要求。

本文根据相位超前校正原理,对某游船电力推进系统异步电动机带螺旋桨启动过程进行研究,设计串联有源超前校正装置来满足控制系统性能要求。

1 系统原理

1.1 串联有源超前校正装置

超前校正设计中,有源校正网络的设计中参数设计受到的约束较小,而且校正网络增益可以大于1,可补偿原系统直流增益的不足[2],故本次研究采用有源校正网络。

profitt=α+β1R&Dt+β2R&Dt-1+θ1advertisementt+θ2advertisementt-1

其传递函数本次研究中取K=1。

1.2 电动机启动系统

典型游船电力推进系统中,异步电动机带螺旋桨启动过程采用电机转矩及螺旋桨转速闭环控制,可表示为图1所示的框图。

图1 控制系统示意图

控制系统中,可通过修改电动机转速上升和下降时间来决定启动时间的长短。在启动过程中,如果时间过短,会造成电机转矩过载;若时间过长,又无法满足性能要求。所以,通常需要对控制环节中的PI参数进行调整以满足设计需要。然而实际调试过程中,由于某些原因,PI参数调节过程会非常繁琐。此时,可在初步调节的基础上,配合使用系统超前校正的方法,使系统满足控制性能要求,缩短调试周期,提高控制精度。

2 实例分析

总之,在对不稳定型心绞痛患者的CTn T水平加以监测后,其诊断后的特异特性与精准程度都好于CK-MB,能够较优地辅助对患者的预后加以评判。

有意思的是,两台相机的推荐套装都采用了不太寻常的焦段。E-M1 II的推荐搭档是新推出的12-100mm f/ 4 IS Pro镜头,这支镜头会让E-M1 II看起来更小巧。完美的焦段,适中的光圈,高效的光学防抖以及实用的微距功能都是这支镜头的优点。而松下G9的搭档是比12-100mm f/4更轻更短的12-60mm f/2.8-4,与G9的搭配十分协调。

毛尔盖粮食委员会的筹粮工作,有相当部分是在黑水完成的。据肖锋的《长征日记》和《中国工农红军第一方面军长征记》第二辑等史料载述,驻毛尔盖的红军曾分两路到小黑水区域的扎窝、晴朗、麦扎、知木林一带开展筹粮工作,重点在扎窝。仅扎窝就为红军筹粮100万斤,还提供了许多牲畜和肉、油等畜产品。

图2 电动机带螺旋桨启动控制系统框图

实际设备中,主推电机的额定功率为200 kW,并考虑110%的过载,转矩限制为1 415 N·m,换算到螺旋桨端的转矩限制为5 000 N·m。为使系统具备良好的启动性能,则要求在尽量短的启动时间情况下,不会造成电机转矩过载。

东海 2号机组是第15台获得规制委重启许可的机组,是首台在 2011年3月的地震和海啸中受损并获准重启的机组,同时也是第三台获准重启的沸水堆机组。另外两台获准重启的沸水堆机组是柏崎·刈羽6号和7号机组。

该船为电力推进的双体游览客船,设计航速10 kn。主推进电机是2套鼠笼式感应推进电动机,采用变频驱动,额定电压为380 V/50 Hz,额定功率为200 kW,额定转速1 485 r/min。螺旋桨为2只MAU型4叶定距桨,额定转速为420 r/min,螺旋桨惯性矩为12.37 kg·m2

为满足控制系统电机转矩幅值低于5 000 N·m,且尽可能缩短螺旋桨转速达到稳定的时间,考虑在PI调节环节前串入超前校正网络。

图3 启动过程电机转矩

由图3可见,在电动机带螺旋桨启动过程中,电机转矩超出了限制值。同时由图4可以看出,螺旋桨转速具有较大的超调量,存在电机转速超速的情况。

根据仿真结果可以判定,初步的PI参数调节无法满足控制系统的设计要求。然而,PI参数的调节并无直接的计算公式可以参考,只能根据仿真结果的变化趋势逐步进行试凑,进而获得较理想的控制性能。不可避免的是这个过程会比较繁琐,同时需要较丰富的工程经验才能较为迅捷地选定合适的PI参数,给实际的系统设计带来诸多不便。

图4 启动过程螺旋桨转速

根据船舶的航速设定,经过初步的PI参数调节,按照固定上升斜率调节电动机的转速,仿真可得启动过程中电机转矩和螺旋桨转速的变化趋势,如图3、图4所示。

现针对某型电力推进船舶中电动机带螺旋桨启动过程的控制系统进行分析。

校正装置的参数:α=0.736,β=0.113 2。

参考文献[3-4]中提出的方法,计算的校正传递函数为:

利用matlab软件构建电动机带螺旋桨启动控制系统仿真框图如图2所示。

利用Matlab软件构建其系统仿真框图如图5所示。

“教科研+”有利于提升教师的专业素养.随着《中国学生发展核心素养》的提出,有一部分专家学者开始尝试研究教师发展的核心素养,他们大多都提到了教师的“教科研能力”是其专业发展的核心素养之一.新时代的教师必须掌握一定的教科研能力,才能够应对新时代对教师这一职业的最新要求,没有教师的发展核心素养,就不会有学生的发展核心素养.

图5 校正后电动机带螺旋桨启动控制系统框图

仿真结果见下页图6、图7。

对比图3与图6,可以看出,串联超前校正网络后,可有效限制电机转矩幅值,满足控制系统要求。同时,对比图4与图7可以看出,电动机带螺旋桨启动过程中,螺旋桨转速达到稳定的时间有略微增加,但依然可满足常规设计经验要求。

图6 校正后启动过程电机转矩

图7 校正后启动过程螺旋桨转速

3 结 论

本文根据相位超前校正原理,设计有源超前校正装置串联船舶推进异步电动机带螺旋桨启动过程控制系统,以满足系统性能要求。仿真结果可证实,添加所设计的校正网络环节后,系统的电机转矩幅值得到有效限制,螺旋桨转速变化更为平滑,确实有助于改善系统的瞬态响应。

实验组内共有2例患者出现不良问题,占该组总人数的8.00%;对照组内共有9例患者出现不良问题,占该组总人数的36.00%。两组患者的不良问题发生比较差异显著,其中X2=5.71,P=0.02<0.05,有统计学意义,详见表1.

[参考文献]

[1] 丁伟玲,孙立军. 基于MATLAB的相位超前校正系统实现[J]. 农业科技与装备. 2015(7):40-42.

[2] Driels M.线性控制系统工程[M]. 金爱娟,李少龙,李航天,译. 北京:清华大学出版社,2005.

[3] 梁丽娟. 利用MATLAB基于频率法实现系统串联校正[J]. 中国科技信息,2013(1):135-137.

[4] 张文,陈建萍,袁新娣,等. 应用MATLAB实现自动控制系统的频域法校正[J]. 广东技术师范学院学报,2014(3):12-14.

吴佩,庞路
《船舶》 2018年第2期
《船舶》2018年第2期文献

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