船舶電力系統勵磁電壓調節方法
【專利摘要】本發明公開了一種船舶電力系統勵磁電壓調節方法，首先通過對船舶電力系統的調速系統、勵磁調壓系統、發電機和負載分別建立各個模塊的數學模型。原動機調速系統模型采用傳統PID調節，勵磁電壓調節模型根據船舶電力系統負載多少分為兩種工況，搭建兩個勵磁電壓調節模型和反饋環節模型，每個勵磁電壓調節模型對應一個模糊PID控制器。當輸入運行工況變化時，根據負載投切信號，選擇一個模糊PID控制器作為控制器，進行調壓。
【專利說明】船舶電力系統勵磁電壓調節方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力系統的勵磁電壓調節【技術領域】，特別涉及一種基于多模型模糊PID控制的船舶電力系統勵磁電壓調節方法。
【背景技術】
[0002]船舶電力系統是一個獨立的系統，其發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變化的，這會影響到電源輸出的電壓和頻率的穩定性，從而影響船舶的安全穩定的運行。因此提高控制精度，確保船舶電力系統穩定地、持續地向船舶提供電力，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，調速裝置和勵磁調壓裝置的控制普遍采用傳統PID控制方式。但負載、模型、參數的大范圍變化以及非線性等因素的影響，使得傳統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、神經網絡控制等，對船舶電力系統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的影響更大，同時還可能伴隨著甩負荷、系統結構重構等情況發生。單純的人工智能控制可能出現調整參數不適用重構后系統的情況，難以達到高精度、快響應等性能指標。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有技術存在的上述不足，提供了一種船舶電力系統勵磁電壓調節方法。本發明通過以下技術方案實現:
[0005]一種船舶電力系統勵磁電壓調節方法，包括步驟:
[0006]S1、建立船舶電力系統的數學模型，包括同步發電機模型、原動機調速系統模型、勵磁電壓調節模型和負荷模型；
[0007]S2、搭建原動機仿真模型，輸入為額定轉速和實際轉速，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，并調節PID控制器參數；
[0009]S4、搭建勵磁調壓仿真模型，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、以船舶電力系統所帶負載的多少為判斷條件，分別搭建兩個勵磁電壓調節模型和反饋環節模型；
[0011]S6、設計一模糊控制器，針對兩個勵磁電壓調節模型和反饋環節模型選擇不同PID控制器與模糊控制器結合，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所帶負載多少，當正序電壓大于或等于361V時，選擇第一勵磁電壓調節模型和對應的第一多模型模糊PID控制器；反之選擇第二勵磁電壓調節模型和對應的第二多模型模糊PID控制器，進行調壓。
[0013]較佳的，同步發電機模型為六階模型，同步發電機為凸極電機。
[0014]較佳的，建立原動機調速系統模型包括:將船舶電力系統的調速系統分為原動機在內的若干部分，將原動機作為一個一階慣性環節與一個純滯后環節相串聯的形式，針對雙脈沖電子調速器進行建模。
[0015]較佳的，勵磁電壓調節模型為無刷同步發電機勵磁調壓模型，分為電壓測量單元、調節單元、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:根據船舶電力系統帶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、將原動機調速系統模型和勵磁電壓調節模型封裝，接上同步發電機模型和負載模型，組成船舶電力系統仿真模型。
[0019]S9、船舶電力系統仿真模型輸出為原動機輸出功率、勵磁電壓、發電機機端實際電壓及原動機實際轉速，改變船舶電力系統仿真模型帶負載情況，觀察勵磁電壓和發電機端電壓的變化。
[0020]較佳的，模糊控制器包括:
[0021]將同步發電機模型輸出端電壓偏差、同步發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]與現有技術相比，本發明的有益效果如下:
[0023]第一，本發明結合了模糊控制和PID控制的優點，對模型精度要求降低。
[0024]第二，本發明可根據帶載情況選擇控制器，控制器的工作范圍變寬。
[0025]第三，本發明的魯棒性、控制精度有提高，能滿足高精度、快響應的控制要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1所示的是本發明的原理圖；
[0027]圖2所示的是原動機調速系統原理圖；
[0028]圖3所示的是勵磁調壓系統輸入電壓測取方法；
[0029]圖4所示的是本發明的模糊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各系統參數變化示意圖；
[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各系統參數變化示意圖。
【具體實施方式】
[0032]以下將結合本發明的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述和討論，顯然，這里所描述的僅僅是本發明的一部分實例，并不是全部的實例，基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。
[0033]為了便于對本發明實施例的理解，下面將結合附圖以具體實施例為例作進一步的解釋說明，且各個實施例不構成對本發明實施例的限定。
[0034]參看圖1，一種基于多模型模糊PID控制的船舶電力系統勵磁電壓調節方法，包括以下步驟:
[0035]S1:建立船舶電力系統的數學模型；
[0036]I)同步發電機模型
[0037]所用同步發電機為凸極電機，模型選用六階模型。對同步發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)
【權利要求】
1.一種船舶電力系統勵磁電壓調節方法，其特征在于，包括步驟: 51、建立船舶電力系統的數學模型，包括同步發電機模型、原動機調速系統模型、勵磁電壓調節模型和負荷模型； 52、搭建原動機仿真模型，輸入為額定轉速和實際轉速，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，并調節PID控制器參數； 54、搭建勵磁調壓仿真模型，輸入為額定電壓、正序電壓和接地電壓，輸出為勵磁電壓； 55、以船舶電力系統所帶負載的多少為判斷條件，分別搭建兩個勵磁電壓調節模型和反饋環節模型； 56、設計一模糊控制器，針對兩個勵磁電壓調節模型和反饋環節模型選擇不同PID控制器與所述模糊控制器結合，形成多模型模糊PID控制器； 57、用正序電壓大小來表示系統所帶負載多少，當正序電壓大于或等于361V時，選擇第一勵磁電壓調節模型和對應的第一多模型模糊PID控制器；反之選擇第二勵磁電壓調節模型和對應的第二多模型模糊PID控制器，進行調壓。
2.根據權利要求1所述的船舶電力系統勵磁電壓調節方法，其特征在于，所述同步發電機模型為六階模型，同步發電機為凸極電機。
3.根據權利要求1所述的船舶電力系統勵磁電壓調節方法，其特征在于，建立所述原動機調速系統模型包括:將船舶電力系統的調速系統分為原動機在內的若干部分，將原動機作為一個一階慣性環節與一個純滯后環節相串聯的形式，針對雙脈沖電子調速器進行建模。
4.根據權利要求1所述的船舶電力系統勵磁電壓調節方法，其特征在于，所述勵磁電壓調節模型為無刷同步發電機勵磁調壓模型，分為電壓測量單元、調節單元、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.根據權利要求1所述的船舶電力系統勵磁電壓調節方法，其特征在于，步驟S5包括:根據船舶電力系統帶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.根據權利要求1所述的船舶電力系統勵磁電壓調節方法，其特征在于，還包括步驟: 58、將原動機調速系統模型和勵磁電壓調節模型封裝，接上同步發電機模型和負載模型，組成船舶電力系統仿真模型； 59、船舶電力系統仿真模型輸出為原動機輸出功率、勵磁電壓、發電機機端實際電壓及原動機實際轉速，改變船舶電力系統仿真模型帶負載情況，觀察勵磁電壓和發電機端電壓的變化。
7.根據權利要求1所述的船舶電力系統勵磁電壓調節方法，其特征在于，所述模糊控制器包括: 將同步發電機模型輸出端電壓偏差、同步發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 優先權日:2014年8月13日
【發明者】王昕 , 江航 申請人:上海交通大學