近水面小型海洋運載器電力推進(jìn)系統(tǒng)控制策略研究.pdf

1、隨著人類對海洋資源的需求和對海洋環(huán)境的探索日益廣泛，小型海洋運載器的研究受到了人們的密切關(guān)注。動力推進(jìn)裝置作為小型海洋運載器的動力源泉，其性能優(yōu)劣直接影響到運載器航行速度及耐久性。目前，通過對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的調(diào)查研究可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的運載器推進(jìn)裝置大多采用內(nèi)燃機(jī)帶動螺旋槳的機(jī)械傳動方式。其體積大、重量沉，燃料需求量大等問題，不適于體型較小的運載器。而采用電力推進(jìn)的方式為小型海洋運載器的驅(qū)動裝置解決了這些問題。電力推進(jìn)系統(tǒng)采用集成方式將電機(jī)

2、和螺旋槳組成集成電機(jī)推進(jìn)器，縮小了推進(jìn)系統(tǒng)的體積，增大了推進(jìn)效率。以高密度燃料電池作為動力能源，減小了運載器的負(fù)重，提高了燃料利用率。本文的研究為電力推進(jìn)技術(shù)實際驅(qū)動小型海洋運載器提供理論基礎(chǔ)。
　　近水面作業(yè)的小型海洋運載器會因海洋環(huán)境的變化產(chǎn)生擾動，影響推進(jìn)器的性能指標(biāo)。而現(xiàn)在國內(nèi)外對電力推進(jìn)系統(tǒng)的研究大都采用理想靜態(tài)負(fù)載，與實際海況下的推進(jìn)器動態(tài)負(fù)載誤差較大。本文對海浪擾動下的螺旋槳動態(tài)負(fù)載情況進(jìn)行研究，提出一種針對海浪擾動

3、進(jìn)行補償控制的電力推進(jìn)控制策略。提高了推進(jìn)器的響應(yīng)速度，減少了能量消耗，適用于小型海洋運載器近海面航行。
　　本文首先對所選小型海洋運載器六自由度運動進(jìn)行建模。在此基礎(chǔ)上，重點分析了對螺旋槳動態(tài)性能影響最大的海浪垂蕩干擾力和縱搖干擾力矩，由Morison方程得到干擾力/力矩的計算公式，并帶入不同海況下的波浪參數(shù)對運載器所受干擾力/力矩進(jìn)行仿真。結(jié)合螺旋槳工作特性，建立螺旋槳動態(tài)負(fù)載模型，分析小型海洋運載器近水面航行時海浪擾動導(dǎo)致的

4、轉(zhuǎn)矩?fù)p失情況。
　　其次，由直流無刷電機(jī)的工作原理入手，建立完整的雙閉環(huán)直流無刷電機(jī)調(diào)速模型。參照小型海洋運載器的推進(jìn)要求和實時海況，在Simulink平臺下搭建前饋-反饋復(fù)合控制的電機(jī)-螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)模型。對小型海洋運載器近水面航行時螺旋槳實際動態(tài)負(fù)載進(jìn)行仿真，對比不同情況下的前饋-反饋復(fù)合控制和傳統(tǒng)的PID反饋控制的電力推進(jìn)系統(tǒng)仿真曲線。對其動態(tài)性能指標(biāo)和抗海浪擾動能力分別進(jìn)行分析總結(jié)。
　　最后，針對小型海洋運載器近水