的设计和分析仅依赖于系统的I/O数据，并且在线调整参数少、计算负 担小。该思想无需建立SSP推进电机控制系统的数学模型，忽略无法准确表达系统物理含 义的某些参数、数学模型，实现所需参数少、对参数变化的适应能力强的优点。该方法使得 控制器的设计更加灵活，控制性能有较明显地提高，并具有较强的抗干扰性和鲁棒性，且该 算法简单，易于实船工程实现。
[0019] 针对常规船舶吊舱推进电机矢量控制系统中存在电流耦合及不确定性动态等问 题，首次提出一种复合无模型自适应矢量控制方法，推导出SSP推进电机的动态线性化方 程，基于速度跟踪误差设计了高阶无模型自适应矢量控制器，并进行了收敛性证明，在线调 整伪偏导数，保证了推进电机控制系统跟踪误差一致且有界。通过与自整定PI矢量控制器 在推进电机控制系统中的对比研究发现，复合无模型自适应矢量控制下的转速明显比自整 定PI控制下的转速抖动小，稳态运行静差小，动态响应能力较好。
[0020] 图1示出了本发明实施例中的针对船舶吊舱SSP推进器的高阶MFAC的系统结构 示意图，速度外环由高阶MFAC控制器构成，用来生成期望的交轴参考电流直轴参考电 流，内环电流调节仍由PI控制器实现，生成旋转坐标系下的两个电压分量ujPUq，速度及转 矩反馈值由STF观测器获得，STF算法通过s-function函数实现，基于无模型自适应矢量控 制的SSP推进电机控制系统实际上只有一个在线调整参数，即控制系统的伪偏导数Θ (t)， 它是通过新型参数估计算法，根据推进电机控制中给出的永磁同步电机非线性系统模型的 输入输出信息在线导出的，它比传统的基于PI控制的矢量控制方案在线调整的参数少得 多，计算量小，能适应于恶劣海况下对控制系统的要求，易于实现。
[0021] 对基于自整定PI矢量控制的电力推进控制系统和基于高阶无模型自适应矢量控 制的电力推进控制系统进行对比研究，该平台硬件系统主要由SIEMENS的PLC、SnTOTION D、SINAMICS、SSP推进电机、水平回转电机以及用来模拟水动力负载的与推进电机相连的对 拖电动机组成；软件系统主要由STEP7、SCOUT、PC Access、Winccflexible等构成，通讯方 式有PPI串行、Profibus DP、Drive-CLIQ、以太网等网络通讯模式，该平台摒弃了采用传统 的直流发电机一电阻箱、磁粉制动器等作为螺旋桨负载，而采用异步电机模拟测试负载，利 用上位机对Sinamics进行控制就能达到模拟螺旋桨负载的目的，此时的异步电机处于再 生制动状态，能量通过Simotion控制系统回馈校园电网，节约了能量。
[0022] 其控制过程如下：
[0023] 首先将车钟速度指令信号f和螺旋桨转速反馈信号η的偏差信号送至高阶MFAC 控制器，高阶MFAC控制器的输出为转矩给定指令值< ;经计算得到转矩电流给定值ζ >速度 环具有增强SSP推进电机系统抗负载扰动能力；
[0024] 电流环为双环结构，检测到的定子三相电流ia、ib、i。在经过Clark变换和Park变 换后，得到电流检测反馈信号，电流转矩分量和电流励磁分量给定值ζ、?分别与实际值id、 id相比较，然后经两个电流环PI控制器，输出交直流电压值％、W ^之后经过Park-I坐标 变换，生成α-β坐标系的电压值<、 ，
[0025] <、以在经过空间电压矢量脉宽调制模块（SVPffM)后，合成为一个电压矢量，作 为三相逆变器驱动控制信号，产生频率和幅值可变的三相正弦电流ia、ib、i。，用以驱动推进 电机定子。
[0026] 综上，本发明将高阶无模型自适应控制的基本思想和分析手段引入到矢量控制过 程中，提出了船舶吊舱SSP推进电机的高阶无模型自适应矢量控制方法。无模型自适应控 制理论是侯忠生教授提出的一种新的非参数动态线性化方法，目前已在各个领域得到了广 泛的应用。无模型自适应控制是一种新型的数据驱动控制方法，它摆脱了对受控系统数学 模型的依赖及未建模动态对控制系统的影响，仅用系统的I/O数据设计控制器，并且无模 型自适应控制的计算量很小，响应速度快。通过对船舶吊舱SSP推进电机的离散时间系统 描述，引入"伪偏导数"概念，提出了相应的动态线性化定理，并利用最优技术设计了 SSP推 进电机的无模型自适应矢量控制方案。进一步，从理论上来看，如果借鉴高阶学习律的基本 思想，设计一个新的控制输入准则函数，就可以充分利用更多船舶航行过程中的控制信息， 而控制器的设计将会更加灵活，由此可以进一步提高系统的控制性。本发明基于前期工作， 提出了一种基于高阶无模型自适应矢量控制方法实现的船舶吊舱推进电机控制系统，并同 时给出了所提出方法与自整定PI矢量控制的仿真比较结果，详细分析了不同航行及海况 下的仿真情况，进一步验证了高阶无模型自适应矢量控制算法应用于船舶吊舱SSP推进电 机控制系统的有效性，表明提出的控制器超调量小、动态响应快，并具有较强的抗干扰性和 鲁棒性。
[0027] 本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可 以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存 储介质可以包括：只读存储器（ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。另外，由于Siemens Scout编程软件并未提供有关无模 型自适应矢量控制的相关模块或函数语句，因此，在船舶电力推进控制系统中，高阶无模型 自适应矢量控制基于Matlab来实现，通过建立Matlab与Excel的读写通道，应用西门子 Scout软件的ST语言编程直接读写Excel中的数据，然后经过Sinamics控制系统驱动推进 电机，以实现无模型自适应矢量控制算法在SniOTION系统上的应用。
【主权项】
1. 一种针对船舶吊舱SSP推进器的高阶MFAC的方法，其特征在于，包括如下步骤： 先将车钟速度指令信号f和螺旋桨转速反馈信号n的偏差信号送至无模型自适应矢 量控制高阶MFAC控制器，高阶MFAC控制器的输出为转矩给定指令值<，经计算得到转矩电 流给定值^ ,速度环具有增强SSP推进电机系统抗负载扰动能力； 电流环为双环结构，检测到的定子三相电流ia、ib、i。在经过Clark变换和Park变换 后，得到电流检测反馈信号，电流转矩分量和电流励磁分量给定值(分别与实际值id、iq 相比较，然后经两个电流环PI控制器，输出交直流电压值％、，之后经过Park-I坐标变 换，生成a坐标系的电压值％、f/;. * 冗、％在经过空间电压矢量脉宽调制模块（SVPffM)后，合成为一个电压矢量，作为三 相逆变器驱动控制信号，产生频率和幅值可变的三相正弦电流ia、ib、i。，用以驱动推进电机 定子。2. -种针对船舶吊舱SSP推进器的高阶MFAC的系统，其特征在于：速度外环由高阶 MFAC控制器构成，用来生成期望的交轴参考电流^内环电流调节仍由PI控制器实现，生成 旋转坐标系下的两个电压分量％和uq，速度及转矩反馈值由STF观测器获得。3. 如权利要求2所述的针对船舶吊舱SSP推进器的高阶MFAC的系统，其特征在于：所 述STF观测器中的STF算法通过S-function函数实现。4. 如权利要求3所述的针对船舶吊舱SSP推进器的高阶MFAC的系统，其特征在于：所 述系统的伪偏导数通过新型参数估计算法，根据推进电机控制中给出的永磁同步电机非线 性系统模型的输入输出信息在线导出。
【专利摘要】本发明涉及一种针对船舶吊舱SSP推进器的高阶MFAC的方法及系统，该系统包括：速度外环由高阶MFAC控制器构成，用来生成期望的交轴参考电流内环电流调节仍由PI控制器实现，生成旋转坐标系下的两个电压分量ud和uq，速度及转矩反馈值由STF观测器获得。通过本发明提出的控制器使速度环控制器需整定的参数由原来的2个简化为1个，简化了推进电机控制器的设计，超调量小、动态响应快，并具有较强的抗干扰性和鲁棒性。
【IPC分类】H02P21/14, H02P27/08, B63H21/17, H02P21/00
【公开号】CN105227017
【申请号】CN201510704997
【发明人】姚文龙, 刘媛, 陈爱玲, 李博洋, 蒋德志, 刘柱, 董升荣, 殷志飞, 曾东, 王强
【申请人】青岛远洋船员职业学院
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年10月27日