[发明专利]一种针对船舶吊舱SSP推进器的高阶MFAC的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及船舶控制技术领域，具体涉及一种针对船舶吊舱SSP推进器的高阶MFAC的方法及系统。

背景技术

船舶电力推进系统具有节能性、经济性和良好的操纵性能等优点，电力推进系统已成为船舶综合控制研究领域的热点。然而，电力推进系统为MIMO非线性复杂系统，其电站系统、电力系统和推进系统具有强交互性且难以建立系统精确的数学模型。因此以往基于数学模型的控制技术在船舶电力推进控制系统中的应用具有一定的局限性，如自适应控制、反推控制、滑模变结构控制等，它们不适合处理结构时变、参数时变、阶数时变的具有较强未建模动态的电力推进系统的控制问题。

在实船应用中，内外环均采用自整定PI调节的矢量控制系统仍占主要地位，关于这方面的研究，国内外学者做了大量工作。李亮亮等针对永磁同步电机矢量控制PI控制器，运用ITAE最优控制方法对其进行参数整定，提高了矢量控制的性能。Angelo等研究了永磁同步电机的无源控制控制策略，实现了全局稳定性控制，但对负载参数变化较敏感。孙凯等将韩京清先生提出的自抗扰控制应用到永磁同步电机的矢量控制中，该方法提高了控制系统的鲁棒性，有效抑制参数波动及负载扰动的影响。

PI调节器是典型的无模型控制方法，其结构简单，但在实船应用中当海况发生变化时，需要重新整定调节器的参数，且存在超调等弱点。无模型自适应控制(Model-FreeAdaptiveControl，MFAC)是指仅用受控系统的I/O数据设计控制器，而控制器不包含任何受控系统数学模型信息的控制理论和方法。其基本思想是基于一种新的动态线性化方法，设计控制性能指标函数，利用动态线性化模型来在线估计系统的伪梯度向量和计算系统的控制输入。

在实船应用中，内外环均采用PI调节的矢量控制调速系统仍占主要地位，PI调节器是典型的数据驱动控制方法，其结构简单，稳定性好，国内外学者在这方面做了大量工作。针对永磁同步电机矢量控制PI控制器，运用ITAE最优控制方法对其进行参数整定，提高了矢量控制的性能。为使矢量控制系统工作在最佳状态，现有技术中也提供了一种采用基于模型的离线式整定与模糊PI在线整定相结合的混合整定法；以及以电磁转矩误差和定子磁链误差作为PI控制器输入的矢量控制算法，并对电力推进系统的控制性能进行了研究。将韩京清先生提出的自抗扰控制应用到永磁同步电机的矢量控制中，该方法提高了控制系统的鲁棒性，有效抑制参数波动及负载扰动的影响。这些方法使得系统的稳态性能得到了改善，但是在实船应用中当海况发生变化，如遭遇恶劣海况时，需要重新对调节器的参数进行整定，且要使电流能很好地跟随，需要较大的比例增益系数，这会导致超调，另外由于吊舱推进电机电流、逆变器驱动电压较大，当速度阶跃给定较大时，由于控制器积分饱和还会出现windup现象，在实船应用中具有一定的局限性。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。

发明内容

在船舶机动航行或者恶劣海况下，航行中的负载及工况存在很大不确定性，从而使得船舶吊舱SSP推进电机的控制极具挑战性。本发明针对船舶吊舱SSP推进电机这类多变量、强耦合、参数时变的复杂非线性系统，首次提出了一种复合无模型自适应矢量控制方法，并将其应用到船舶吊舱SSP推进电机控制系统中，该方法将高阶无模型自适应控制推广到矢量控制中，控制器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。

本发明提供了一种针对船舶吊舱SSP推进器的高阶MFAC的方法，包括如下步骤：

先将车钟速度指令信号n^*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；