電力推進船舶控制系統的設計與校正

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，在現實中有著較為廣泛的應用，但同時也對控制系統提出了更高的要求。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的設計與校正開展研究，以期能夠達到船舶控制系統的性能指標。

1 系統原理

1.1 串聯有源超前校正裝置

筆者在本文的研究過程中通過有源校正網絡來進行研究，以便對系統直流增益的不足予以相應的補償。

1.2 電動機啟動系統

通過螺旋槳轉速環和電動機轉矩環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速的上升以及下降時間的修改來實現。若啟動時間太短，會導致電機轉矩過載情況的出現；若啟動時間太長，難以達到控制系統的性能指標。因此，必須合理的優化控制環節的PI 參數。但需要注意的是，通常情況下調整優化PI 參數會極為困難和繁瑣，為此，需要通過系統超前校正來提高船舶控制系統的性能指標。

2 實例分析

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

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

圖1：啟動控制系統框圖

圖2：校正后的啟動控制系統框圖

對螺旋槳轉速以及電機轉矩進行仿真后可以發現，首先，電動機帶螺旋槳啟動時，電機轉矩超過規定的限制值。其次，還具有電機轉速超過規定的限制值的情況。能夠發現，初步的PI 參數調節難以達到控制系統的設計要求。但是，現階段還沒有相應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。但這樣也產生了顯著的問題，一方面加大了優化調試的工作量，另一方面還需要工作人員具備豐富的經驗和優秀的工作技能。

為對控制系統電機轉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速以實現更為理想的時間指標，將超前校正網絡設置于PI 調節環節之前。采用的校正調節函數如下：GcS=0.736+1/0.1132s+1。主要參數為α=0.736，β=0.1132。校正后的仿真框圖如圖2。

對仿真結果進行分析后發現，將超前校正網絡進行串聯后，能夠對電機轉矩幅值進行合理的控制，達到更為理想的控制系統性能。另外，在啟動環節中，實現穩定的時間稍有提升，不過依然在設計經驗要求之內。

3 結束語

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的設計與校正進行了相應的設計，以便能夠達到控制系統性能要求。通過仿真活動后，能夠發現在增加校正網絡之后，能夠更為理想的控制電機轉矩幅值，促使螺旋槳轉速實現更加平滑的變化，從而更為有效的優化系統的控制性能指標。