基于舰艇电力推进系统的永磁同步电机控制方法

本发明属于永磁同步电机控制，具体涉及基于舰艇电力推进系统的永磁同步电机控制方法。

背景技术：

1、船舶电力推进是利用推进电机直接带动螺旋桨旋转,从而推动船舶行进的一种推进方式；从船舶首次采用电机作为推进动力,至今已有近百年的历史；长期以来，传统的看法认为,用发电机、配电装置、变频器和电动机来取代柴油机直接推进会增加质量、体积和采购费，而且由于存在二次能量转换，其传动效率将低于柴油机直接推进,从而导致全寿命周期费用增加；因此从护卫舰到航空母舰等许多军用舰船，以及油船、客货船等许多大型民用船舶大多采用气轮机、柴油机推进方式；尽管如此，电力推进所特有的噪声低、机动性能好、舱室布置灵活等优点还是被人们所重视，电力推进在潜艇、破冰船、拖船等舰船上还是得到了较广泛的应用。

2、舰艇电力推进系统是现代海军舰艇的重要动力来源，其性能直接影响到舰艇的机动性和作战能力；永磁同步电机作为电力推进系统的主要动力源，其控制策略对于整个系统的性能具有重要影响；然而，由于负载扰动和不确定性因素的影响，传统的控制策略往往难以满足高性能、高稳定性的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于舰艇电力推进系统的永磁同步电机控制方法，通过引入前馈复合转矩环和采用嵌模糊控制策略，有效提升系统的抗负载扰动能力、鲁棒性和自适应性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于舰艇电力推进系统的永磁同步电机控制方法，所述控制方法如下：

3、初始化：对永磁同步电机进行初始化；

4、采集传感器数据：通过采集永磁同步电机和负载的传感器数据，为后续控制提供数据支持；

5、前馈复合转矩环控制：根据采集的传感器数据，通过前馈复合转矩环控制算法，计算出所需的电磁转矩，并实时调节永磁同步电机的输出转矩；

6、嵌模糊控制：采用嵌模糊控制策略，根据电机的当前状态和目标状态，在线自整定比例因子，实现对电机的精确控制；

7、实时反馈控制：将嵌模糊控制得到的控制量实时反馈到永磁同步电机，实现对电机的实时控制；

8、优化调整：根据实验结果和性能指标，对控制策略进行优化调整。

9、作为本发明的一种优选的技术方案，对永磁同步电机进行初始化，包括设定初始速度、位置和转矩参数。

10、作为本发明的一种优选的技术方案，初始速度设定：通过调节电机控制器的输出电压或电流来实现对初始速度的设定；

11、初始位置设定：通过编码器检测电机的当前位置，设定一个合适的初始位置，如果编码器没有检测到位置信息，可以根据电机的设计参数和负载情况，手动设定一个初始位置；

12、初始转矩参数设定：通过调节电机控制器的输出电流或电压来实现对初始转矩的设定。

13、作为本发明的一种优选的技术方案，采集永磁同步电机和负载的传感器数据，包括速度、电流、电压。

14、作为本发明的一种优选的技术方案，所述速度数据采集：使用编码器或光电传感器传感器测量电机的转速；通过电机控制器的接口，将编码器的输出信号输入到控制系统中；在控制系统中，对编码器的输出信号进行处理，得到电机的实时速度数据；

15、电流数据采集：在电机控制器的输出端安装电流传感器，用于测量电机的电流；电流传感器将电流信号转换为电压信号或电阻信号，然后通过电机控制器的接口输入到控制系统中；在控制系统中，对电流传感器的输出信号进行处理，得到电机的实时电流数据；

16、电压数据采集：在电机控制器输入端安装电压传感器，用于测量电机的电压；电压传感器将电压信号转换为适合控制系统处理的信号，然后通过电机控制器的接口输入到控制系统中；在控制系统中，对电压传感器的输出信号进行处理，得到电机的实时电压数据。

17、作为本发明的一种优选的技术方案，通过前馈复合转矩环控制算法，计算出所需的电磁转矩的具体方法如下：

18、确定前馈复合转矩环的结构和参数：根据电机的特性和控制需求，设计前馈复合转矩环的结构，确定环节中的参数；

19、采集电机的实时状态数据：通过传感器采集电机的实时状态数据；

20、计算电磁转矩指令值：根据电机的控制目标和实时状态数据，通过前馈复合转矩环控制算法计算出电磁转矩指令值；需要根据电机的数学模型和转矩特性进行计算；

21、前馈环节处理：将电磁转矩指令值输入到前馈环节中，通过算法处理，得到前馈控制量；

22、反馈环节处理：将电机的实时状态数据输入到反馈环节中，与前馈控制量进行比较和调整，得到反馈控制量；

23、控制输出：将前馈控制量和反馈控制量相加，得到最终的控制输出。

24、作为本发明的一种优选的技术方案，设计前馈复合转矩环的结构包括前馈环节和反馈环节；确定环节中的参数包括增益系数、滤波器参数。

25、作为本发明的一种优选的技术方案，根据电机的当前状态和目标状态，在线自整定比例因子的具体方法如下：

26、采集电机的实时状态数据：通过传感器实时采集电机的状态数据；

27、设定目标状态：根据控制需求，设定电机的目标状态；

28、计算误差：将电机的当前状态与目标状态进行比较，计算出误差值；

29、自适应调整比例因子：根据误差值的大小和方向，以及电机的动态特性，在线自整定比例因子；

30、更新控制输出：将自整定后的比例因子应用于控制算法中，计算出新的控制输出；

31、迭代优化：通过不断地采集电机状态数据、计算误差、自适应调整比例因子和更新控制输出，迭代优化控制效果，使电机接近目标状态。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

33、通过引入前馈复合转矩环和采用嵌模糊控制策略，有效提升了系统的抗负载扰动能力、鲁棒性和自适应性；实验结果验证了该控制策略的可行性和优越性，为电力推进舰艇永磁同步电动机控制策略的研究提供了重要理论基础。

技术特征：

1.基于舰艇电力推进系统的永磁同步电机控制方法，其特征在于：所述控制方法如下：

2.根据权利要求1所述的基于舰艇电力推进系统的永磁同步电机控制方法，其特征在于：对永磁同步电机进行初始化，包括设定初始速度、位置和转矩参数。

3.根据权利要求2所述的基于舰艇电力推进系统的永磁同步电机控制方法，其特征在于：初始速度设定：通过调节电机控制器的输出电压或电流来实现对初始速度的设定；

4.根据权利要求1所述的基于舰艇电力推进系统的永磁同步电机控制方法，其特征在于：采集永磁同步电机和负载的传感器数据，包括速度、电流、电压。

5.根据权利要求4所述的基于舰艇电力推进系统的永磁同步电机控制方法，其特征在于：所述速度数据采集：使用编码器或光电传感器传感器测量电机的转速；通过电机控制器的接口，将编码器的输出信号输入到控制系统中；在控制系统中，对编码器的输出信号进行处理，得到电机的实时速度数据；

6.根据权利要求1所述的基于舰艇电力推进系统的永磁同步电机控制方法，其特征在于：通过前馈复合转矩环控制算法，计算出所需的电磁转矩的具体方法如下：

7.根据权利要求6所述的基于舰艇电力推进系统的永磁同步电机控制方法，其特征在于：设计前馈复合转矩环的结构包括前馈环节和反馈环节；确定环节中的参数包括增益系数、滤波器参数。

8.根据权利要求1所述的基于舰艇电力推进系统的永磁同步电机控制方法，其特征在于：根据电机的当前状态和目标状态，在线自整定比例因子的具体方法如下：

技术总结
本发明公开了基于舰艇电力推进系统的永磁同步电机控制方法，所述控制方法如下：初始化：对永磁同步电机进行初始化；采集传感器数据：通过采集永磁同步电机和负载的传感器数据，为后续控制提供数据支持；前馈复合转矩环控制：根据采集的传感器数据，通过前馈复合转矩环控制算法，计算出所需的电磁转矩，并实时调节永磁同步电机的输出转矩；嵌模糊控制：采用嵌模糊控制策略；本发明的有益效果是：通过引入前馈复合转矩环和采用嵌模糊控制策略，有效提升了系统的抗负载扰动能力、鲁棒性和自适应性；实验结果验证了该控制策略的可行性和优越性，为电力推进舰艇永磁同步电动机控制策略的研究提供了重要理论基础。

技术研发人员：刘先越,凌晨,胡静,杨成斌
受保护的技术使用者：中国人民武装警察部队海警学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24