船舶電力推進(jìn)永磁同步電機(jī)非線性反步控制器設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究.pdf

1、船舶電力推進(jìn)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(diǎn),成為未來船舶動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。推進(jìn)電機(jī)作為船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分,其性能高低一定程度上決定了船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)性能的好壞。船舶電力推進(jìn)永磁同步電機(jī)具有高能量密度等特點(diǎn),能夠較好地滿足電力推進(jìn)系統(tǒng)的需求,應(yīng)用較為廣泛。同時(shí),永磁同步推進(jìn)電機(jī)為非線性強(qiáng)耦合系統(tǒng),其負(fù)載轉(zhuǎn)矩受到多變海洋環(huán)境的影響也時(shí)刻發(fā)生著改變。因此永磁同步電機(jī)的非線性控制技術(shù)是提高船舶電力推進(jìn)系

2、統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　 本文以自適應(yīng)反步法控制為基礎(chǔ),結(jié)合模糊控制理論和粒子群優(yōu)化技術(shù),對(duì)永磁同步推進(jìn)電機(jī)非線性控制器設(shè)計(jì)與優(yōu)化算法進(jìn)行研究。本文主要工作包括以下幾個(gè)方面:
　　 1.在介紹船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及各部分的工作機(jī)理的基礎(chǔ)上,建立永磁同步推進(jìn)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)組的計(jì)算機(jī)仿真模型,并進(jìn)行永磁同步電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)和參數(shù)不確定情況下的仿真試驗(yàn),以作為永磁同步電機(jī)非線性自適應(yīng)反步控制器設(shè)計(jì)與優(yōu)化的基礎(chǔ)。

3、　　 2.針對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)和d-q軸電感不確定問題,提出永磁同步電機(jī)帶微分的自適應(yīng)積分反步控制策略,并分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過構(gòu)造適當(dāng)?shù)睦钛牌罩Z夫函數(shù),推導(dǎo)出帶d-q軸電流誤差微分項(xiàng)的自適應(yīng)律和帶d-q軸電流誤差積分項(xiàng)的控制律,并引入抗飽和積分器,提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明算法具有良好的抗干擾能力和魯棒性能。
　　 3.為進(jìn)一步提高永磁同步電機(jī)的速度響應(yīng)和魯棒性能,結(jié)合模糊理論,提出永磁同步電機(jī)模糊自整定反步控制策略

4、,并根據(jù)電機(jī)運(yùn)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(shè)計(jì)方法。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明算法的有效性。
　　 4.由于帶微分項(xiàng)的自適應(yīng)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(duì)這一問題,提出控制器參數(shù)的自適應(yīng)權(quán)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(yīng)權(quán)重和加速因子的取值范圍。隨后提出了一種單目標(biāo)優(yōu)化算法求解多目標(biāo)優(yōu)化問題的方法。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)加速因子和動(dòng)態(tài)鄰域,以防止算法早熟,保證算法的收斂。同時(shí)由于變異操作和多次重啟機(jī)制的存在使粒子具有較強(qiáng)的局部搜索和跳出局部極值點(diǎn)的能力?；诖怂惴捌涫諗織l件,結(jié)合模糊反步控制器的特點(diǎn),確定算法搜索空間、慣性權(quán)重和加速因子值。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法能夠有效地優(yōu)化模