小型电力推进船舶推进控制策略优化研究

近些年来，随着电力电子技术的发展，交流电机的变频调速技术的日趋成熟，使得船舶电力推进系统在机动性、可靠性、运行效率和推进功率等方面都有了突破性的进展，使船舶电力推进技术的应用领域不断扩大。但是船舶的动态特性具有强耦合、非线性、大时滞和大惯性等特点，并且风、浪和流等外部随机干扰也随着不同海况发生很大变化，如何实现电力推进系统安全可靠高效运行是船舶电力推进系统一个研究热点。我国对电力推进系统的研究起步较晚，与国外现代综合电力推进技术有较大的差距。因此，开展船舶电力推进控制系统及其控制策略的研究，将对船舶电力推进的发展起到一定的促进作用。本文主要针对小型电力推进船舶，重点研究并优化其电力推进控制策略以及该控制系统的实现。具体来讲，本课题主要进行了以下几项工作： 1．分析了电力推进系统推进模块及负载模块，包括推进电机工作特性、控制模块以及船桨特性；研究了船机桨工况配合并建立了船-桨数学模型； 2．分析总结小型电力推进船舶的推进特性及其控制要求，基于实验室现有船舶综合电力推进控制系统提出了适用于小型电力推进船舶较为全面的优化控制策略；建立了小型电力推进船舶推进控制系统模型； 3．建立了小型电力推进船舶船机桨Matlab/Simulink仿真模型，基于某实船参数对系统在多种操作下的性能进行了仿真研究，仿真结果表明所建立模型对系统操纵性及稳定性都有优化效果； 4．基于本文所提出优化控制策略，应用PLC、变频器和总线控制技术通过对硬件设计设置及软件编程对实验室现有船舶综合电力推进科研平台进行部分功能升级。 最后通过实验平台对仿真结果进行了实验验证，证明了仿真结果的有效性，表明本文所提出的优化控制策略可以提高小型电力推进船舶的操纵性及安全稳定性。