本發(fā)明涉及電機控制，尤其涉及船舶電力推進(jìn)電機雙滑?？刂品椒?、裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、船舶電力推進(jìn)是利用推進(jìn)電機直接帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)，從而推動船舶行進(jìn)的一種推進(jìn)方式。近年來，永磁同步電機（permanent?magnet?synchronous?motor，pmsm）因其具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、損耗低以及可靠性強等特點，船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)使用永磁同步電機作為主要推進(jìn)動力裝置的趨勢也在逐漸增加。但是，pmsm作為一個非線性、時變性、強耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，系統(tǒng)的模型具有不確定性，如果采用常規(guī)pid控制，雖然可以在一定的精度范圍內(nèi)滿足控制的要求，但由于其依賴于系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確性，極易受到外界擾動和內(nèi)部參數(shù)變化所帶來的影響，使系統(tǒng)控制偏離預(yù)期目標(biāo)，因此傳統(tǒng)的控制方法難以滿足永磁同步電機運行在穩(wěn)定狀態(tài)。

2、在永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)中，通常將滑模變結(jié)構(gòu)控制運用于轉(zhuǎn)速外環(huán)，而電流內(nèi)環(huán)則采用傳統(tǒng)的pi控制，雖然在一定程度上加快了系統(tǒng)響應(yīng)，增強了系統(tǒng)的魯棒性，使電機轉(zhuǎn)速能夠更快的到達(dá)規(guī)定轉(zhuǎn)速，但是由于電流環(huán)具有很強的軸電流耦合性、反電動勢等一系列非線性因素，并且依賴于電機的參數(shù)和工作點，采用傳統(tǒng)的pi控制很難獲得高動態(tài)以及穩(wěn)定的電流，進(jìn)而難以獲得準(zhǔn)確快速的輸出轉(zhuǎn)矩。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了至少解決現(xiàn)有技術(shù)的不足之一，提供船舶電力推進(jìn)電機雙滑?？刂品椒ā⒀b置及系統(tǒng)。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：

3、具體的，提出船舶電力推進(jìn)電機雙滑?？刂品椒?，包括以下：

4、獲取永磁同步電機的給定轉(zhuǎn)速以及實際轉(zhuǎn)速；

5、基于永磁同步電機的給定轉(zhuǎn)速以及實際轉(zhuǎn)速通過預(yù)構(gòu)建的雙滑?？刂颇Ｐ蛯Υ半娏ν七M(jìn)電機進(jìn)行控制；

6、具體的，預(yù)構(gòu)建的雙滑?？刂颇Ｐ偷臉?gòu)建原理為，

7、對傳統(tǒng)的永磁同步電機矢量控制模型進(jìn)行改進(jìn)，其轉(zhuǎn)速外環(huán)沿用原滑模控制，而電流內(nèi)環(huán)采用滑模變結(jié)構(gòu)控制替代傳統(tǒng)的永磁同步電機矢量控制模型中的pi控制。

8、進(jìn)一步，具體的，預(yù)構(gòu)建的雙滑模控制模型中，轉(zhuǎn)速外環(huán)的構(gòu)建包括，

9、假定，忽略電機鐵芯的飽和、不計電機中的渦流和磁滯損耗且電機中的電流為對稱的三相正弦波電流，基于此構(gòu)建電機在坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為：

10、（1）；

11、其中，分別是定子電壓的軸分量；分別是定子電流的軸分量；分別是軸的電感分量；是定子的電阻；代表永磁體的磁鏈；是電機的機械角速度；為轉(zhuǎn)動慣量；為阻尼系數(shù)；為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；為電機極對數(shù)；

12、考慮到表貼式永磁同步電機，存在，此外，采用的矢量控制方式，因此對式（1）進(jìn)行改寫為，

13、（2）；

14、定義永磁同步電機的狀態(tài)變量為永磁同步電機的給定轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速誤差，存在如下關(guān)系：

15、（3）

16、可以求得，

17、（4）

18、定義轉(zhuǎn)速外環(huán)的滑模面為積分滑模面，即：

19、（5）

20、定義轉(zhuǎn)速外環(huán)的趨近律為：

21、（6）

22、其中，，；

23、轉(zhuǎn)速外環(huán)的滑?？刂坡蔀椋?/p>

24、（12）。

25、進(jìn)一步，趨近律通過lyapunov函數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性驗證，具體的，

26、首先選取lyapunov函數(shù)：，當(dāng)式滿足時，認(rèn)為滑模達(dá)到條件；

27、計算得到下式，

28、（7）

29、由此可證明，該變指數(shù)趨近律是滿足lyapunov穩(wěn)定性判定的，系統(tǒng)是漸進(jìn)的、穩(wěn)定的。

30、進(jìn)一步，具體的，轉(zhuǎn)速外環(huán)的滑?？刂坡傻挠嬎氵^程，包括，

31、對積分滑模面求導(dǎo)得：

32、（8）

33、聯(lián)立式（6）和式（8）得：

34、（9）

35、且，則上式可表示為：

36、（10）

37、（11）

38、則可以得到：

39、（12）。

40、進(jìn)一步，具體的，預(yù)構(gòu)建的雙滑模控制模型中，電流內(nèi)環(huán)的構(gòu)建包括，

41、構(gòu)建永磁同步電機在坐標(biāo)系下的定子電壓方程為：

42、（13）

43、其中，分別是定子電壓的軸分量；分別是定子電流的軸分量；分別是軸的電感分量；是定子的電阻；代表永磁體的磁鏈；是電機的電角速度；，為電機極對數(shù)，是電機的機械角速度；

44、由式（13）可求得：

45、（14）

46、定義系統(tǒng)狀態(tài)變量為：

47、（15）

48、式中，為軸電流期望值，同時基于轉(zhuǎn)速外環(huán)計算得到，即式（12）計算得出的作為軸電流的期望值即；

49、電流內(nèi)環(huán)采用與轉(zhuǎn)速外環(huán)滑模控制器相同的滑模面，則電流內(nèi)環(huán)的滑模面定義為：

50、（16）

51、電流內(nèi)環(huán)采用與轉(zhuǎn)速外環(huán)滑?？刂破飨嗤内吔杉词剑?）；

52、則電流內(nèi)環(huán)的滑模控制律為，

53、（24）。

54、進(jìn)一步，將轉(zhuǎn)速外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)中，趨近律中符號函數(shù)用雙曲正切函數(shù)代替，其中，，值的大小決定了雙曲正切光滑函數(shù)拐點的變化的快慢，

55、更新速度外環(huán)滑?？刂坡蔀椋?/p>

56、（25）

57、更新電流內(nèi)環(huán)滑?？刂坡蔀椋?/p>

58、（26）。

59、本發(fā)明還提出船舶電力推進(jìn)電機雙滑?？刂蒲b置，應(yīng)用了所述的船舶電力推進(jìn)電機雙滑?？刂品椒?，包括：

60、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取永磁同步電機的給定轉(zhuǎn)速以及實際轉(zhuǎn)速；

61、控制器，用于基于永磁同步電機的給定轉(zhuǎn)速以及實際轉(zhuǎn)速通過預(yù)構(gòu)建的雙滑?？刂颇Ｐ蛯Υ半娏ν七M(jìn)電機進(jìn)行控制。

62、本發(fā)明還提出一種計算機可讀存儲的介質(zhì)，所述計算機可讀存儲的介質(zhì)存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如所述船舶電力推進(jìn)電機雙滑?？刂品椒ǖ牟襟E。

63、本發(fā)明的有益效果為：

64、本發(fā)明提出船舶電力推進(jìn)電機雙滑?？刂品椒?，首先對永磁同步電機建立數(shù)學(xué)模型，建立永磁同步電機的變指數(shù)趨近律速度環(huán)矢量控制策略，采用傳感器獲取轉(zhuǎn)子位置以及速度信號。針對傳統(tǒng)的電流環(huán)pi控制器對電機參數(shù)變化較敏感以及魯棒性不強的問題，提出在轉(zhuǎn)速外環(huán)采用滑?？刂频幕A(chǔ)上，電流內(nèi)環(huán)采用滑模控制的雙滑?？刂撇呗?，同時引入變指數(shù)趨近律滑模控制算法設(shè)計新型控制器，當(dāng)距離滑模面較遠(yuǎn)時加快趨近速度，距離滑模面較近時減小系統(tǒng)的切換帶，減小滑?？刂扑a(chǎn)生的抖振。最后用連續(xù)且光滑的雙曲正切函數(shù)代替不連續(xù)的符號函數(shù)，減少了系統(tǒng)的超調(diào)量的同時，也降低了系統(tǒng)的抖振，增強了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和魯棒性。

技術(shù)特征：

1.船舶電力推進(jìn)電機雙滑模控制方法，其特征在于，包括以下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電力推進(jìn)電機雙滑?？刂品椒?，其特征在于，具體的，預(yù)構(gòu)建的雙滑模控制模型中，轉(zhuǎn)速外環(huán)的構(gòu)建包括，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶電力推進(jìn)電機雙滑模控制方法，其特征在于，趨近律通過lyapunov函數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性驗證，具體的，

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶電力推進(jìn)電機雙滑?？刂品椒ǎ涮卣髟谟?，具體的，轉(zhuǎn)速外環(huán)的滑模控制律的計算過程，包括，

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶電力推進(jìn)電機雙滑模控制方法，其特征在于，具體的，預(yù)構(gòu)建的雙滑模控制模型中，電流內(nèi)環(huán)的構(gòu)建包括，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的船舶電力推進(jìn)電機雙滑?？刂品椒ǎ涮卣髟谟?，將轉(zhuǎn)速外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)中，趨近律中符號函數(shù)用雙曲正切函數(shù)代替，其中，，值的大小決定了雙曲正切光滑函數(shù)拐點的變化的快慢，

7.船舶電力推進(jìn)電機雙滑?？刂蒲b置，其特征在于，應(yīng)用了權(quán)利要求1-6中任意一項所述的船舶電力推進(jìn)電機雙滑?？刂品椒?，包括：

8.一種計算機可讀存儲的介質(zhì)，所述計算機可讀存儲的介質(zhì)存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1-4中任一項所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及船舶電力推進(jìn)電機雙滑?？刂品椒?、裝置及系統(tǒng)，包括以下：獲取永磁同步電機的給定轉(zhuǎn)速以及實際轉(zhuǎn)速；基于永磁同步電機的給定轉(zhuǎn)速以及實際轉(zhuǎn)速通過預(yù)構(gòu)建的雙滑?？刂颇Ｐ蛯Υ半娏ν七M(jìn)電機進(jìn)行控制。本發(fā)明針對傳統(tǒng)的電流環(huán)PI控制器對電機參數(shù)變化較敏感以及魯棒性不強的問題，提出在轉(zhuǎn)速外環(huán)采用滑?？刂频幕A(chǔ)上，電流內(nèi)環(huán)采用滑?？刂频碾p滑模控制策略，同時引入變指數(shù)趨近律滑模控制算法設(shè)計新型控制器，當(dāng)距離滑模面較遠(yuǎn)時加快趨近速度，距離滑模面較近時減小系統(tǒng)的切換帶。本發(fā)明用連續(xù)且光滑的雙曲正切函數(shù)代替不連續(xù)的符號函數(shù)，減少了系統(tǒng)的超調(diào)量的同時，也降低了系統(tǒng)的抖振，增強了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和魯棒性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉釗廷,王曦,許媛媛,周朋,趙正偉,楊文嬌,閆兆盈
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東海洋大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19