船舶電力系統(tǒng)勵磁電壓調(diào)節(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船舶電力系統(tǒng)勵磁電壓調(diào)節(jié)方法，首先通過對船舶電力系統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)、勵磁調(diào)壓系統(tǒng)、發(fā)電機和負載分別建立各個模塊的數(shù)學(xué)模型。原動機調(diào)速系統(tǒng)模型采用傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)，勵磁電壓調(diào)節(jié)模型根據(jù)船舶電力系統(tǒng)負載多少分為兩種工況，搭建兩個勵磁電壓調(diào)節(jié)模型和反饋環(huán)節(jié)模型，每個勵磁電壓調(diào)節(jié)模型對應(yīng)一個模糊PID控制器。當(dāng)輸入運行工況變化時，根據(jù)負載投切信號，選擇一個模糊PID控制器作為控制器，進行調(diào)壓。
【專利說明】船舶電力系統(tǒng)勵磁電壓調(diào)節(jié)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的勵磁電壓調(diào)節(jié)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于多模型模糊PID控制的船舶電力系統(tǒng)勵磁電壓調(diào)節(jié)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]船舶電力系統(tǒng)是一個獨立的系統(tǒng)，其發(fā)電機組間具有較強的藕合性、時變性和非線性。然而由于負載是動態(tài)變化的，這會影響到電源輸出的電壓和頻率的穩(wěn)定性，從而影響船舶的安全穩(wěn)定的運行。因此提高控制精度，確保船舶電力系統(tǒng)穩(wěn)定地、持續(xù)地向船舶提供電力，這是保證船舶安全航行和船員生命安全的重要前提。
[0003]目前，調(diào)速裝置和勵磁調(diào)壓裝置的控制普遍采用傳統(tǒng)PID控制方式。但負載、模型、參數(shù)的大范圍變化以及非線性等因素的影響，使得傳統(tǒng)PID控制方式難以滿足控制要求。研究表明，人工智能控制，例如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，對船舶電力系統(tǒng)具有更好的控制效果。但隨著船舶電站容量的增大，其負載的突加和突卸對系統(tǒng)的影響更大，同時還可能伴隨著甩負荷、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重構(gòu)等情況發(fā)生。單純的人工智能控制可能出現(xiàn)調(diào)整參數(shù)不適用重構(gòu)后系統(tǒng)的情況，難以達到高精度、快響應(yīng)等性能指標(biāo)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種船舶電力系統(tǒng)勵磁電壓調(diào)節(jié)方法。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0005]一種船舶電力系統(tǒng)勵磁電壓調(diào)節(jié)方法，包括步驟:
[0006]S1、建立船舶電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，包括同步發(fā)電機模型、原動機調(diào)速系統(tǒng)模型、勵磁電壓調(diào)節(jié)模型和負荷模型；
[0007]S2、搭建原動機仿真模型，輸入為額定轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速，輸出為原動機輸出功率；
[0008]S3、PID控制器控制原動機仿真模型空載運行，并調(diào)節(jié)PID控制器參數(shù)；
[0009]S4、搭建勵磁調(diào)壓仿真模型，輸入為額定電壓、正序電壓和接地電壓，輸出為勵磁電壓；
[0010]S5、以船舶電力系統(tǒng)所帶負載的多少為判斷條件，分別搭建兩個勵磁電壓調(diào)節(jié)模型和反饋環(huán)節(jié)模型；
[0011]S6、設(shè)計一模糊控制器，針對兩個勵磁電壓調(diào)節(jié)模型和反饋環(huán)節(jié)模型選擇不同PID控制器與模糊控制器結(jié)合，形成多模型模糊PID控制器；
[0012]S7、用正序電壓大小來表示系統(tǒng)所帶負載多少，當(dāng)正序電壓大于或等于361V時，選擇第一勵磁電壓調(diào)節(jié)模型和對應(yīng)的第一多模型模糊PID控制器；反之選擇第二勵磁電壓調(diào)節(jié)模型和對應(yīng)的第二多模型模糊PID控制器，進行調(diào)壓。
[0013]較佳的，同步發(fā)電機模型為六階模型，同步發(fā)電機為凸極電機。
[0014]較佳的，建立原動機調(diào)速系統(tǒng)模型包括:將船舶電力系統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)分為原動機在內(nèi)的若干部分，將原動機作為一個一階慣性環(huán)節(jié)與一個純滯后環(huán)節(jié)相串聯(lián)的形式，針對雙脈沖電子調(diào)速器進行建模。
[0015]較佳的，勵磁電壓調(diào)節(jié)模型為無刷同步發(fā)電機勵磁調(diào)壓模型，分為電壓測量單元、調(diào)節(jié)單元、勵磁機單元和反饋單元，電壓測量單元包括正序電壓通過濾波器。
[0016]較佳的，步驟S5包括:根據(jù)船舶電力系統(tǒng)帶50%負載和滿載兩種工況，分別搭建了兩個勵磁機和反饋單元模型。
[0017]較佳的，還包括步驟:
[0018]S8、將原動機調(diào)速系統(tǒng)模型和勵磁電壓調(diào)節(jié)模型封裝，接上同步發(fā)電機模型和負載模型，組成船舶電力系統(tǒng)仿真模型。
[0019]S9、船舶電力系統(tǒng)仿真模型輸出為原動機輸出功率、勵磁電壓、發(fā)電機機端實際電壓及原動機實際轉(zhuǎn)速，改變船舶電力系統(tǒng)仿真模型帶負載情況，觀察勵磁電壓和發(fā)電機端電壓的變化。
[0020]較佳的，模糊控制器包括:
[0021]將同步發(fā)電機模型輸出端電壓偏差、同步發(fā)電機模型輸出端電壓偏差變化率作為PID控制器的輸入變量，它們的論域分別為X= [-76，76]與Y= [-8，8];模糊控制器的輸出量為三個修正值:Λ Kp、AK1、Λ Kd，其論域分別為[-50,50]、[-10, 10]、[_2，2]。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
[0023]第一，本發(fā)明結(jié)合了模糊控制和PID控制的優(yōu)點，對模型精度要求降低。
[0024]第二，本發(fā)明可根據(jù)帶載情況選擇控制器，控制器的工作范圍變寬。
[0025]第三，本發(fā)明的魯棒性、控制精度有提高，能滿足高精度、快響應(yīng)的控制要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1所示的是本發(fā)明的原理圖；
[0027]圖2所示的是原動機調(diào)速系統(tǒng)原理圖；
[0028]圖3所示的是勵磁調(diào)壓系統(tǒng)輸入電壓測取方法；
[0029]圖4所示的是本發(fā)明的模糊PID控制器原理圖；
[0030]圖5所示的是突加50%負載時，多模型模糊PID與單一模糊PID各系統(tǒng)參數(shù)變化示意圖；
[0031]圖6所示的是突卸50%負載時，多模型模糊PID與單一模糊PID各系統(tǒng)參數(shù)變化示意圖。

【具體實施方式】
[0032]以下將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述和討論，顯然，這里所描述的僅僅是本發(fā)明的一部分實例，并不是全部的實例，基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0033]為了便于對本發(fā)明實施例的理解，下面將結(jié)合附圖以具體實施例為例作進一步的解釋說明，且各個實施例不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。
[0034]參看圖1，一種基于多模型模糊PID控制的船舶電力系統(tǒng)勵磁電壓調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟:
[0035]S1:建立船舶電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；
[0036]I)同步發(fā)電機模型
[0037]所用同步發(fā)電機為凸極電機，模型選用六階模型。對同步發(fā)電機的六階模型的八個方程同時進行拉氏變換，可得到如下結(jié)果:
[0038]Ud(S)=E" d(s)+X" qiq(s)-raid(s) (I)
[0039]Uq(S)=E" q (s)-X" did(s)-raiq(s) (2)

【權(quán)利要求】
1.一種船舶電力系統(tǒng)勵磁電壓調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括步驟: 51、建立船舶電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，包括同步發(fā)電機模型、原動機調(diào)速系統(tǒng)模型、勵磁電壓調(diào)節(jié)模型和負荷模型； 52、搭建原動機仿真模型，輸入為額定轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速，輸出為原動機輸出功率； 53、PID控制器控制原動機仿真模型空載運行，并調(diào)節(jié)PID控制器參數(shù)； 54、搭建勵磁調(diào)壓仿真模型，輸入為額定電壓、正序電壓和接地電壓，輸出為勵磁電壓； 55、以船舶電力系統(tǒng)所帶負載的多少為判斷條件，分別搭建兩個勵磁電壓調(diào)節(jié)模型和反饋環(huán)節(jié)模型； 56、設(shè)計一模糊控制器，針對兩個勵磁電壓調(diào)節(jié)模型和反饋環(huán)節(jié)模型選擇不同PID控制器與所述模糊控制器結(jié)合，形成多模型模糊PID控制器； 57、用正序電壓大小來表示系統(tǒng)所帶負載多少，當(dāng)正序電壓大于或等于361V時，選擇第一勵磁電壓調(diào)節(jié)模型和對應(yīng)的第一多模型模糊PID控制器；反之選擇第二勵磁電壓調(diào)節(jié)模型和對應(yīng)的第二多模型模糊PID控制器，進行調(diào)壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電力系統(tǒng)勵磁電壓調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述同步發(fā)電機模型為六階模型，同步發(fā)電機為凸極電機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電力系統(tǒng)勵磁電壓調(diào)節(jié)方法，其特征在于，建立所述原動機調(diào)速系統(tǒng)模型包括:將船舶電力系統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)分為原動機在內(nèi)的若干部分，將原動機作為一個一階慣性環(huán)節(jié)與一個純滯后環(huán)節(jié)相串聯(lián)的形式，針對雙脈沖電子調(diào)速器進行建模。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電力系統(tǒng)勵磁電壓調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述勵磁電壓調(diào)節(jié)模型為無刷同步發(fā)電機勵磁調(diào)壓模型，分為電壓測量單元、調(diào)節(jié)單元、勵磁機單元和反饋單元，所述電壓測量單元包括正序電壓通過濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電力系統(tǒng)勵磁電壓調(diào)節(jié)方法，其特征在于，步驟S5包括:根據(jù)船舶電力系統(tǒng)帶50%負載和滿載兩種工況，分別搭建了兩個勵磁機和反饋單元模型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電力系統(tǒng)勵磁電壓調(diào)節(jié)方法，其特征在于，還包括步驟: 58、將原動機調(diào)速系統(tǒng)模型和勵磁電壓調(diào)節(jié)模型封裝，接上同步發(fā)電機模型和負載模型，組成船舶電力系統(tǒng)仿真模型； 59、船舶電力系統(tǒng)仿真模型輸出為原動機輸出功率、勵磁電壓、發(fā)電機機端實際電壓及原動機實際轉(zhuǎn)速，改變船舶電力系統(tǒng)仿真模型帶負載情況，觀察勵磁電壓和發(fā)電機端電壓的變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電力系統(tǒng)勵磁電壓調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述模糊控制器包括: 將同步發(fā)電機模型輸出端電壓偏差、同步發(fā)電機模型輸出端電壓偏差變化率作為所述PID控制器的輸入變量，它們的論域分別為X=[-76，76]與Υ=[_8，8];所述模糊控制器的輸出量為三個修正值:ΛKp、AK1、ΛKd，其論域分別為[-50,50]、[-10, 10]、[_2，2]。
【文檔編號】H02P9/14GK104201954SQ201410395668
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月13日
【發(fā)明者】王昕 , 江航 申請人:上海交通大學(xué)