文/孫萍

電力推進船舶有著較高的自動化程度和較好的舒適度，在現(xiàn)實中有著較為廣泛的應(yīng)用，但同時也對控制系統(tǒng)提出了更高的要求。為此，筆者基于相位超前校正原理，對電力推進船舶控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正開展研究，以期能夠達到船舶控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)。

1 系統(tǒng)原理

1.1 串聯(lián)有源超前校正裝置

筆者在本文的研究過程中通過有源校正網(wǎng)絡(luò)來進行研究，以便對系統(tǒng)直流增益的不足予以相應(yīng)的補償。

1.2 電動機啟動系統(tǒng)

通過螺旋槳轉(zhuǎn)速環(huán)和電動機轉(zhuǎn)矩環(huán)來有效的控制異步電動機帶螺旋槳的啟動過程。對啟動時間的控制主要是利用對電動機轉(zhuǎn)速的上升以及下降時間的修改來實現(xiàn)。若啟動時間太短，會導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)矩過載情況的出現(xiàn)；若啟動時間太長，難以達到控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)。因此，必須合理的優(yōu)化控制環(huán)節(jié)的PI 參數(shù)。但需要注意的是，通常情況下調(diào)整優(yōu)化PI 參數(shù)會極為困難和繁瑣，為此，需要通過系統(tǒng)超前校正來提高船舶控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)。

2 實例分析

研究對象為設(shè)計航速為10Kn 的客船，采用電力推進系統(tǒng)。主推進電機為鼠籠式感應(yīng)推進機（變頻啟動、數(shù)量2 套），慣性矩12.41Kg·m2，額定轉(zhuǎn)速420r/min，額定轉(zhuǎn)速1500r/min，額定功率200KW，額定電壓380V/50HZ。啟動控制系統(tǒng)仿真框圖詳見圖1。

為了讓控制系統(tǒng)達到更為理想的啟動性能指標(biāo)，必須在盡可能短的時間內(nèi)完成啟動，同時不會出現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)矩過載的情況。

圖1：啟動控制系統(tǒng)框圖

圖2：校正后的啟動控制系統(tǒng)框圖

對螺旋槳轉(zhuǎn)速以及電機轉(zhuǎn)矩進行仿真后可以發(fā)現(xiàn)，首先，電動機帶螺旋槳啟動時，電機轉(zhuǎn)矩超過規(guī)定的限制值。其次，還具有電機轉(zhuǎn)速超過規(guī)定的限制值的情況。能夠發(fā)現(xiàn)，初步的PI 參數(shù)調(diào)節(jié)難以達到控制系統(tǒng)的設(shè)計要求。但是，現(xiàn)階段還沒有相應(yīng)的計算公式來進行研究和計算，僅可以通過仿真來多次試湊以獲取更為可靠的控制性能。但這樣也產(chǎn)生了顯著的問題，一方面加大了優(yōu)化調(diào)試的工作量，另一方面還需要工作人員具備豐富的經(jīng)驗和優(yōu)秀的工作技能。

為對控制系統(tǒng)電機轉(zhuǎn)矩幅值進行有效的控制，使其處于5000N·m 的水平之下，最大限度的降低螺旋槳轉(zhuǎn)速以實現(xiàn)更為理想的時間指標(biāo)，將超前校正網(wǎng)絡(luò)設(shè)置于PI 調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)之前。采用的校正調(diào)節(jié)函數(shù)如下：GcS=0.736+1/0.1132s+1。主要參數(shù)為α=0.736，β=0.1132。校正后的仿真框圖如圖2。

對仿真結(jié)果進行分析后發(fā)現(xiàn)，將超前校正網(wǎng)絡(luò)進行串聯(lián)后，能夠?qū)﹄姍C轉(zhuǎn)矩幅值進行合理的控制，達到更為理想的控制系統(tǒng)性能。另外，在啟動環(huán)節(jié)中，實現(xiàn)穩(wěn)定的時間稍有提升，不過依然在設(shè)計經(jīng)驗要求之內(nèi)。

3 結(jié)束語

筆者在本文的研究分析活動中，基于超前相位校正原理，對電力推進船舶控制系統(tǒng)的設(shè)計與校正進行了相應(yīng)的設(shè)計，以便能夠達到控制系統(tǒng)性能要求。通過仿真活動后，能夠發(fā)現(xiàn)在增加校正網(wǎng)絡(luò)之后，能夠更為理想的控制電機轉(zhuǎn)矩幅值，促使螺旋槳轉(zhuǎn)速實現(xiàn)更加平滑的變化，從而更為有效的優(yōu)化系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)。