恒流推進控制系統主回路過流故障分析

楊 明, 吳祖橋

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恒流推進控制系統主回路過流故障分析

楊 明1, 吳祖橋2

(1. 海軍駐大連地區軍事代表室，遼寧大連 116021；2.舟山萬達船舶設計有限公司，浙江舟山 316101)

分析了恒流推進控制系統主回路電流和轉速的控制原理，從控制系統的角度分析主回路過電流的發生機理，并提出了減少或避免此類故障發生應采取的措施。

恒流 控制系統 過流故障

0 引言

由鐵磁材料構成的艦艇船體，置于自然或人為的外磁場環境中，經歷一定時間后，就會導致鐵磁材料中磁偶極子排列有序化，從而產生磁化效應[1]。艦船消磁則是用強制的方法產生規律的強磁沖擊，迫使磁偶極子重新無序化的過程，它不僅是反磁性水雷的重要措施，也是反磁性探測的重要手段。某船可為艦船提供消磁，該船配備有恒流推進控制系統，其能夠對該船設備提供自動化的管理、控制、監視和保護。

恒流推進控制系統是艦船的重要組成部分，在該船系泊、航行試驗過程中，恒流推進控制系統在航行狀態下數次發生主回路過流故障，進而導致發電機自動開關保護性分閘，主回路解列，進而失去動力，對艦船的運行安全產生較大影響。本文即從控制原理的角度分析主回路過流故障的產生機理，以便在后續船恒流推進控制系統的設計、建造中采取相應措施，避免或減少此類故障的重復發生。

1 恒流推進控制系統

推進控制系統按照控制功能的側重點不同主要劃分為四部分：電源、主回路系統、勵磁控制系統和計算機監控系統，系統組成結構如圖1所示。

為保證艦船的消磁和推進共用一套系統，恒流推進控制系統的主回路系統設計為直流的恒流制系統，配備四臺柴油直流發電機組、兩套直流推進電機。在消磁作業時，四臺機組獨立工作；在推進作業時，由機組為電動機供電，電動機帶螺旋槳推進。主回路系統的基本結構如圖2所示，可根據推進工況，進行開關的選擇，進而選擇主回路為單機組-雙電動機、單機組-單電動機和雙機組-雙電動機等模式。

2 主回路系統的控制原理

2.1 主回路電流控制原理

主回路電流控制的基本原理是柴油機保持在額定轉速，在此條件下，調節直流發電機的勵磁電流而使其電樞電流保持恒定?？刂葡到y原理圖如下[2]。

圖中，()——電樞電流設定值，()—電樞電流實際值，()—外環控制器，()—發電機在額定轉速狀態下電樞電流到勵磁電流的傳遞函數，()—內環控制器，()—整流裝置輸出電流到觸發角的傳遞函數，()—整流裝置，()—發電機，()—電樞電流反饋通道傳遞函數,()—負載擾動，()—負載擾動對發電機勵磁電流影響的傳遞函數。

由控制系統方框圖可見，主回路電流控制系統是一個典型的雙閉環系統，內環為勵磁電流控制環，外環為電樞電流控制環。

由圖3可得系統的輸出為：

（1）

2.2 電動機轉速控制原理

發電機轉速控制的基本原理是在電樞電流恒定的情況下，調節發電機的勵磁電流，以此控制發電機的轉速。控制系統原理圖如下。

圖中，R()——轉速設定值，C()——轉速實際值，T()——外環控制器，G()——發電機在恒定電樞電流下轉速到勵磁電流的傳遞函數，T()——內環控制器，G()——整流裝置輸出電流到觸發角的傳遞函數，G3(s)——整流裝置，G()——發電機，H()——轉速反饋通道傳遞函數,()——負載擾動，n()——負載擾動對電動機勵磁電流影響的傳遞函數。

由圖4可得系統的輸出為：

（2）

3 過流故障的機理分析

下面根據控制原理圖分析過流故障的機理。

3.1 主回路電樞電流反饋信號失真引起的過流故障

正常情況下，電樞電流反饋通道傳遞函數()=1，由此，反饋信號失真等效為()≠1，分為兩種情況：()>1，()<1。

設()=,根據式（1），得系統輸出為（設擾動()=0）：

（3）-（1）得：

當()=<1時，1()-()>0，即系統輸出增大，可能發生過流故障。

因為控制系統無法消除反饋通道引起的誤差[3]，因此要想避免此類過流故障的發生，只能采取提高反饋通道的穩定性和精度的措施，在反饋通道的設計過程中應予以考慮。

3.2 負載波動引起的過流故障

設()=，根據式（1），得系統輸出為（設輸入()=0）：

根據控制原理，控制系統對負載擾動的穩態誤差為零，但負載變化后，控制系統會有一定時間的動態調節過程，當負載F(s)=b較大時，或其有較大波動時，根據式（4），在控制系統調節初期，會引起電樞電流的增大或波動，進而可能發生過流故障。要避免此類過流故障的發生，可以采取在勵磁電流控制內環增加限制環節或慣性環節，以控制電流的數值及數值變化的速度。

4 結束語

本文對消磁推進控制系統的主回路過流故障的機理進行了研究，分析了主回路電流和速度控制的基本原理，從控制系統的角度分析了過流故障產生的原因。本文的研究可為相關消磁推進控制系統的設計提供參考。

[1] 車忠權. 消磁作用的探討及應用[J]. 資源信息與工程, 2016, (2): 10-13.

[2] 爾桂花，竇曰軒. 運動控制系統[M]. 北京:清華大學出版社, 2002:45-50.

[3] 李友善. 自動控制原理[M]. 北京:國防工業出版社, 2005: 87-95.

Overcurrent Fault Analysis of Main Loop in Constant Current Propulsion Control System

Yang Ming1, Wu Zuqiao2

（1. Naval Representatives Office in Dalian Area, Dalian 116021, Liaoning, China; 2. Zhoushan Wonderful Marine Design Co., Ltd, Zhoushan 316101, Zhejiang, China）

TM762

A

1003-4862（2017）05-0008-03

2016-12-15

楊明(1973-), 男，高級工程師。研究方向：艦船監造。