[發(fā)明專利]一種螺旋槳負載下電力推進器動力學響應的仿真方法

有效

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• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111143985B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設計）人: 李新飛;陳忠言;袁利毫;高嵩;昝英飛;王慶;賈輝;李桐
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種螺旋槳負載下電力推進器動力學響應的仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：構建仿真系統(tǒng)；所述的仿真系統(tǒng)包括變頻器模塊、異步電機模塊、減速器模塊、進速系數(shù)計算器模塊和螺旋槳模塊；

步驟2：將推進器的期望轉(zhuǎn)速輸入到變頻器模塊，變頻器模塊輸出變頻變幅的三相交流電壓；

其中，f為輸出頻率，n_a為期望轉(zhuǎn)速，n_e為額定轉(zhuǎn)速；A_m為輸出電壓幅值，A_e為額定幅值；t為運行時間；

步驟3：將變頻變幅的三相交流電壓輸入到異步電機模塊，得到電機轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩；

步驟4：將螺旋槳進速和螺旋槳實時轉(zhuǎn)速輸入到進速系數(shù)計算器模塊中，得到螺旋槳的進速系數(shù)J、推力系數(shù)K_T和轉(zhuǎn)矩系數(shù)K_Q；

螺旋槳的進速系數(shù)為：

其中，V為螺旋槳進速；D為螺旋槳直徑；n為螺旋槳實時轉(zhuǎn)速；

推力系數(shù)為：

轉(zhuǎn)矩系數(shù)為：

步驟5：將異步電機模塊輸出的電機轉(zhuǎn)速ω和電磁轉(zhuǎn)矩T_e輸入到減速器模塊，得到經(jīng)減速器模塊后異步電機的轉(zhuǎn)速n₀和經(jīng)減速器模塊后異步電機的電磁轉(zhuǎn)矩T₀；將經(jīng)減速器模塊后異步電機的轉(zhuǎn)速n₀、電磁轉(zhuǎn)矩T₀、推力系數(shù)K_T、轉(zhuǎn)矩系數(shù)K_Q和上一時刻的螺旋槳轉(zhuǎn)矩M₀一同輸入到螺旋槳模塊，得到螺旋槳轉(zhuǎn)速n、螺旋槳轉(zhuǎn)矩M和螺旋槳輸出推力T；

螺旋槳轉(zhuǎn)速為：

螺旋槳的輸出推力為：

T＝K_Tρn²D⁴

螺旋槳的轉(zhuǎn)矩為：

M＝K_Qρn²D⁵

其中，B_m為阻尼系數(shù)；ρ為海水密度；

步驟6：將螺旋槳模塊輸出的螺旋槳轉(zhuǎn)矩M反饋到減速器模塊中，得到減速器模塊減速后的螺旋槳轉(zhuǎn)矩；將經(jīng)減速器模塊減速后的螺旋槳轉(zhuǎn)矩，反饋到異步電機模塊來作為異步電機模塊的機械輸入，實現(xiàn)異步電機模塊對螺旋槳模塊輸出轉(zhuǎn)速及推力的調(diào)節(jié)；

步驟7：將螺旋槳實時進速變化的曲線方程輸入到進速模塊中，重復步驟4至步驟6進行實時計算，得到螺旋槳負載變化情況下的電力推進系統(tǒng)的動力學響應。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種螺旋槳負載下電力推進器動力學響應的仿真方法，其特征在于：所述的步驟3中將變頻變幅的三相交流電壓輸入到異步電機模塊，得到電機轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的方法具體為：

將擁有三相電壓輸入的異步電機模塊，通過轉(zhuǎn)子側(cè)線圈轉(zhuǎn)化到定子側(cè)，進行三項-兩項變換，再引入一個額外的輸入量ω₁，轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)正交坐標系d、q上可得：

磁鏈方程：

電壓-電流方程：

電磁轉(zhuǎn)矩方程：

T_e＝n_pL_m(i_sqi_rd-i_sdi_rq)

電力拖動系統(tǒng)的運動方程：

選取轉(zhuǎn)速ω、定子電流i_s和轉(zhuǎn)子磁鏈ψ_r作為狀態(tài)變量，獲得以ω-i_s-ψ_r為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程；

狀態(tài)變量：

X＝[ω ψ_rd ψ_rq i_sd i_sq]^T

輸入變量：

U＝[u_sd u_sq ω₁ T_L]^T

輸出變量：

Y＝[ω ψ_r]^T

轉(zhuǎn)子電磁時間常數(shù)：

電動機漏磁系數(shù)：

狀態(tài)方程：

輸出方程：

通過動態(tài)結構圖得到異步電機的實時輸出轉(zhuǎn)速，通過電磁轉(zhuǎn)矩方程得到電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)異步電機模塊的電機轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的輸出。