[發明專利]一種電力推進船舶實驗平臺的建模及穩定性分析方法

有效

• 申請號: 201710188327.X
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN106934174B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 潘康凱;高迪駒;張偉;唐帥帥
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 潘朱慧

1.一種電力推進船舶實驗平臺的建模及穩定性分析方法，所述實驗平臺包含上位機、推進控制器、負載控制器、同軸連接的推進電機和負載電機、以及測定推進電機和負載電機之間軸扭矩的扭矩傳感器，其特征在于：所述的推進電機采用永磁同步電機，所述負載電機采用直流電機，上位機通過CAN總線發送包含模擬參數轉矩、轉速的負載特性曲線給永磁同步電機控制器，同時通過直流電機控制器獲得真實的負載轉矩以及負載轉速，扭矩傳感器將推進電機和負載電機之間的軸扭矩傳給上位機；所述的建模及穩定性分析方法包含以下步驟：

S1、根據永磁同步電機的q軸電流、軸速度以及直流電機的負載轉矩之間的傳遞關系建立永磁同步電機模型；

S2、根據直流電機的整流器相位延遲、負載轉矩以及永磁同步電機的軸速度之間的傳遞關系建立直流電機模型；

S3、根據永磁同步電機的軸速度與直流電機的負載轉矩之間的輸入輸出關系將永磁同步電機模型與直流電機模型結合，得到實驗平臺系統動態模型；

S4、簡化實驗平臺系統動態模型，獲得簡化后的系統環路增益；

S5、對簡化后的系統環路增益進行穩定性分析；

所述步驟S1具體包含：

S11、建立永磁同步電機q軸電流i到永磁同步電機軸速度ω的傳遞函數：

式中，P為電機極對數，λ_m為勵磁磁通，L_s為勵磁電感，r_s為定子電阻，K_p、K_i分別為直流電機模型傳遞函數中的比例、積分系數，J為轉動慣量；

S12、建立直流電機的負載轉矩T到永磁同步電機的軸速度ω的傳遞函數：

S13、結合步驟S11和步驟S12的傳遞函數結果建立永磁同步電機模型；

所述步驟S2具體包含：

S21、建立直流電機的整流器相位延遲α到直流電機的負載轉矩T的傳遞函數：

式中，V_d0為理想空載整流電壓平均值，γ為線圈節距所對應的電角度，r_a為定子電阻，L_AA為勵磁電感；

S22、建立永磁同步電機的軸轉速ω到直流電機的負載轉矩T的傳遞函數：

式中，K_ν為比例系數；

S23、結合步驟S21和步驟S22的傳遞函數結果建立直流電機模型；

所述的步驟S3具體包含：

S31、根據軸轉速ω是永磁同步電機的輸出同時也是直流電機的輸入，負載轉矩T是直流電機的輸入同時也是永磁同步電機的輸出，建立實驗平臺系統閉環需求力矩T^*到負載轉矩T的傳遞函數：

式中，需求力矩T^*根據負載特性曲線獲得；

S32、根據軸轉速ω是永磁同步電機的輸出同時也是直流電機的輸入，負載轉矩T是直流電機的輸入同時也是永磁同步電機的輸出，建立實驗平臺系統閉環軸轉速ω到負載轉矩T的傳遞函數：

S33、結合永磁同步電機模型與直流電機模型，建立整個實驗平臺系統動態模型。

2.如權利要求1所述的電力推進船舶實驗平臺的建模及穩定性分析方法，其特征在于，所述步驟S4中簡化后的系統環路增益為：

式中，K_pw為、K_iw分別為永磁同步電機模型傳遞函數中的比例、積分系數。

3.如權利要求1所述的電力推進船舶實驗平臺的建模及穩定性分析方法，其特征在于，所述步驟S5具體包含：

使用經典方法奈奎斯特穩定性判據或根軌跡法，對環路增益在不同工況時系統的穩定性進行分析。