近水面小型海洋運載器電力推進系統(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注。動力推進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，通過對國內外研究現(xiàn)狀的調查研究可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的運載器推進裝置大多采用內燃機帶動螺旋槳的機械傳動方式。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。而采用電力推進的方式為小型海洋運載器的驅動裝置解決了這些問題。電力推進系統(tǒng)采用集成方式將電機

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

3、進行補償控制的電力推進控制策略。提高了推進器的響應速度，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行建模。在此基礎上，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/力矩進行仿真。結合螺旋槳工作特性，建立螺旋槳動態(tài)負載模型，分析小型海洋運載器近水面航行時海浪擾動導致的

4、轉矩損失情況。
　　其次，由直流無刷電機的工作原理入手，建立完整的雙閉環(huán)直流無刷電機調速模型。參照小型海洋運載器的推進要求和實時海況，在Simulink平臺下搭建前饋-反饋復合控制的電機-螺旋槳推進系統(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)負載進行仿真，對比不同情況下的前饋-反饋復合控制和傳統(tǒng)的PID反饋控制的電力推進系統(tǒng)仿真曲線。對其動態(tài)性能指標和抗海浪擾動能力分別進行分析總結。
　　最后，針對小型海洋運載器近水