船舶電力推進永磁同步電機非線性反步控制器設計與優(yōu)化研究.pdf

1、船舶電力推進系統(tǒng)由于具有節(jié)約空間、減少燃油消耗和提高船舶性能等優(yōu)點,成為未來船舶動力系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。推進電機作為船舶電力推進系統(tǒng)的關鍵組成部分,其性能高低一定程度上決定了船舶電力推進系統(tǒng)性能的好壞。船舶電力推進永磁同步電機具有高能量密度等特點,能夠較好地滿足電力推進系統(tǒng)的需求,應用較為廣泛。同時,永磁同步推進電機為非線性強耦合系統(tǒng),其負載轉矩受到多變海洋環(huán)境的影響也時刻發(fā)生著改變。因此永磁同步電機的非線性控制技術是提高船舶電力推進系

2、統(tǒng)性能的關鍵技術之一。
　　 本文以自適應反步法控制為基礎,結合模糊控制理論和粒子群優(yōu)化技術,對永磁同步推進電機非線性控制器設計與優(yōu)化算法進行研究。本文主要工作包括以下幾個方面:
　　 1.在介紹船舶電力推進系統(tǒng)的結構及各部分的工作機理的基礎上,建立永磁同步推進電機和柴油發(fā)電機組的計算機仿真模型,并進行永磁同步電機負載轉矩擾動和參數(shù)不確定情況下的仿真試驗,以作為永磁同步電機非線性自適應反步控制器設計與優(yōu)化的基礎。

3、　　 2.針對負載轉矩擾動和d-q軸電感不確定問題,提出永磁同步電機帶微分的自適應積分反步控制策略,并分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過構造適當?shù)睦钛牌罩Z夫函數(shù),推導出帶d-q軸電流誤差微分項的自適應律和帶d-q軸電流誤差積分項的控制律,并引入抗飽和積分器,提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。仿真和實驗結果表明算法具有良好的抗干擾能力和魯棒性能。
　　 3.為進一步提高永磁同步電機的速度響應和魯棒性能,結合模糊理論,提出永磁同步電機模糊自整定反步控制策略

4、,并根據(jù)電機運行狀態(tài)的變化規(guī)律,提出了模糊推理模塊的比例和量化因子、隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則的設計方法。仿真和實驗結果表明算法的有效性。
　　 4.由于帶微分項的自適應積分反步控制器參數(shù)較多,所以參數(shù)整定較為困難。針對這一問題,提出控制器參數(shù)的自適應權重粒子群優(yōu)化算法,并根據(jù)優(yōu)化算法的收斂性分析,確定自適應權重和加速因子的取值范圍。隨后提出了一種單目標優(yōu)化算法求解多目標優(yōu)化問題的方法。仿真和實驗結果表明該優(yōu)化算法能夠有效整定控制器參

5、數(shù)。
　　 5.針對模糊自整定反步控制器參數(shù)優(yōu)化問題,提出一種新的混合粒子群優(yōu)化算法,并給出收斂性證明。該算法在標準粒子群速度更新公式中增加了鄰域最優(yōu)部分,引入自適應加速因子和動態(tài)鄰域,以防止算法早熟,保證算法的收斂。同時由于變異操作和多次重啟機制的存在使粒子具有較強的局部搜索和跳出局部極值點的能力。基于此算法及其收斂條件,結合模糊反步控制器的特點,確定算法搜索空間、慣性權重和加速因子值。仿真和實驗結果表明該算法能夠有效地優(yōu)化模