船舶電力系統(tǒng)勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種船舶電力系統(tǒng)勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)方法，首先通過(guò)對(duì)船舶電力系統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)、勵(lì)磁調(diào)壓系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)和負(fù)載分別建立各個(gè)模塊的數(shù)學(xué)模型。原動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型采用傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)，勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)模型根據(jù)船舶電力系統(tǒng)負(fù)載多少分為兩種工況，搭建兩個(gè)勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)模型和反饋環(huán)節(jié)模型，每個(gè)勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)模型對(duì)應(yīng)一個(gè)模糊PID控制器。當(dāng)輸入運(yùn)行工況變化時(shí)，根據(jù)負(fù)載投切信號(hào)，選擇一個(gè)模糊PID控制器作為控制器，進(jìn)行調(diào)壓。
【專(zhuān)利說(shuō)明】船舶電力系統(tǒng)勵(lì)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(lì)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(lì)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(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，其發(fā)電機(jī)組間具有較強(qiáng)的藕合性、時(shí)變性和非線性。然而由于負(fù)載是動(dòng)態(tài)變化的，這會(huì)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(yùn)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(lì)磁調(diào)壓裝置的控制普遍采用傳統(tǒng)PID控制方式。但負(fù)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(duì)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(fù)載的突加和突卸對(duì)系統(tǒng)的影響更大，同時(shí)還可能伴隨著甩負(fù)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(dá)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(duì)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(lì)磁電壓調(diào)節(jié)方法。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]一種船舶電力系統(tǒng)勵(lì)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(jī)模型、原動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型、勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)模型和負(fù)荷模型；
[0007]S2、搭建原動(dòng)機(jī)仿真模型，輸入為額定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速，輸出為原動(dòng)機(jī)輸出功率；
[0008]S3、PID控制器控制原動(dòng)機(jī)仿真模型空載運(yùn)行，并調(diào)節(jié)PID控制器參數(shù)；
[0009]S4、搭建勵(lì)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(lì)磁電壓；
[0010]S5、以船舶電力系統(tǒng)所帶負(fù)載的多少為判斷條件，分別搭建兩個(gè)勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)模型和反饋環(huán)節(jié)模型；
[0011]S6、設(shè)計(jì)一模糊控制器，針對(duì)兩個(gè)勵(lì)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(lái)表示系統(tǒng)所帶負(fù)載多少，當(dāng)正序電壓大于或等于361V時(shí)，選擇第一勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)模型和對(duì)應(yīng)的第一多模型模糊PID控制器；反之選擇第二勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)模型和對(duì)應(yīng)的第二多模型模糊PID控制器，進(jìn)行調(diào)壓。
[0013]較佳的，同步發(fā)電機(jī)模型為六階模型，同步發(fā)電機(jī)為凸極電機(jī)。
[0014]較佳的，建立原動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)在內(nèi)的若干部分，將原動(dòng)機(jī)作為一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)與一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)相串聯(lián)的形式，針對(duì)雙脈沖電子調(diào)速器進(jìn)行建模。
[0015]較佳的，勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)模型為無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)壓模型，分為電壓測(cè)量單元、調(diào)節(jié)單元、勵(lì)磁機(jī)單元和反饋單元，電壓測(cè)量單元包括正序電壓通過(guò)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(fù)載和滿載兩種工況，分別搭建了兩個(gè)勵(lì)磁機(jī)和反饋單元模型。
[0017]較佳的，還包括步驟:
[0018]S8、將原動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型和勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)模型封裝，接上同步發(fā)電機(jī)模型和負(fù)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(dòng)機(jī)輸出功率、勵(lì)磁電壓、發(fā)電機(jī)機(jī)端實(shí)際電壓及原動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，改變船舶電力系統(tǒng)仿真模型帶負(fù)載情況，觀察勵(lì)磁電壓和發(fā)電機(jī)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(jī)模型輸出端電壓偏差、同步發(fā)電機(jī)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(gè)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(diǎn)，對(duì)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(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)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(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖；
[0028]圖3所示的是勵(lì)磁調(diào)壓系統(tǒng)輸入電壓測(cè)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(fù)載時(shí)，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(fù)載時(shí)，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(shí)施方式】
[0032]以下將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)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(shí)例，并不是全部的實(shí)例，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0033]為了便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以具體實(shí)施例為例作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明，且各個(gè)實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)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(lì)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(jī)模型
[0037]所用同步發(fā)電機(jī)為凸極電機(jī)，模型選用六階模型。對(duì)同步發(fā)電機(jī)的六階模型的八個(gè)方程同時(shí)進(jìn)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(lì)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(jī)模型、原動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型、勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)模型和負(fù)荷模型； 52、搭建原動(dòng)機(jī)仿真模型，輸入為額定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速，輸出為原動(dòng)機(jī)輸出功率； 53、PID控制器控制原動(dòng)機(jī)仿真模型空載運(yùn)行，并調(diào)節(jié)PID控制器參數(shù)； 54、搭建勵(lì)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(lì)磁電壓； 55、以船舶電力系統(tǒng)所帶負(fù)載的多少為判斷條件，分別搭建兩個(gè)勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)模型和反饋環(huán)節(jié)模型； 56、設(shè)計(jì)一模糊控制器，針對(duì)兩個(gè)勵(lì)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(lái)表示系統(tǒng)所帶負(fù)載多少，當(dāng)正序電壓大于或等于361V時(shí)，選擇第一勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)模型和對(duì)應(yīng)的第一多模型模糊PID控制器；反之選擇第二勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)模型和對(duì)應(yīng)的第二多模型模糊PID控制器，進(jìn)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(lì)磁電壓調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述同步發(fā)電機(jī)模型為六階模型，同步發(fā)電機(jī)為凸極電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電力系統(tǒng)勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)方法，其特征在于，建立所述原動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)在內(nèi)的若干部分，將原動(dòng)機(jī)作為一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)與一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)相串聯(lián)的形式，針對(duì)雙脈沖電子調(diào)速器進(jìn)行建模。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電力系統(tǒng)勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)模型為無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)壓模型，分為電壓測(cè)量單元、調(diào)節(jié)單元、勵(lì)磁機(jī)單元和反饋單元，所述電壓測(cè)量單元包括正序電壓通過(guò)濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電力系統(tǒng)勵(lì)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(fù)載和滿載兩種工況，分別搭建了兩個(gè)勵(lì)磁機(jī)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(lì)磁電壓調(diào)節(jié)方法，其特征在于，還包括步驟: 58、將原動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型和勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)模型封裝，接上同步發(fā)電機(jī)模型和負(fù)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(dòng)機(jī)輸出功率、勵(lì)磁電壓、發(fā)電機(jī)機(jī)端實(shí)際電壓及原動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，改變船舶電力系統(tǒng)仿真模型帶負(fù)載情況，觀察勵(lì)磁電壓和發(fā)電機(jī)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(lì)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(jī)模型輸出端電壓偏差、同步發(fā)電機(jī)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(gè)修正值:ΛKp、AK1、ΛKd，其論域分別為[-50,50]、[-10, 10]、[_2，2]。
【文檔編號(hào)】H02P9/14GK104201954SQ201410395668
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)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(qǐng)人:上海交通大學(xué)