船舶大型起重机驱动控制技术的研究

论文摘要

大型起重船是进行海洋石油开发的关键设备。基于建造成本、维护成本等因素,目前世界上现有的几艘大型起重船均采用电动驱动方式。由于电驱动起重机械在运行中会对电网产生较大的冲击,严重时甚至可能造成电网失电,进而发生事故,因此本文针对电驱动起重机械的驱动控制技术展开研究。起重机械的负载具有恒力矩特性,通过限制起重机的加、减速速率,可以限制起重机械功率的变化速率,进而确保船舶电网的电压、频率在允许的范围内波动,不影响船舶电网中的其它电器设备的稳定运行。本文采用实用五阶的三相同步发电机模型。在励磁系统中,采用了一个既能反映出各相关物理量,又具有足够精度的数学模型,即采用可控相复励无刷励磁系统模型。在调速系统中,目前,大多数研究文献均采用惯性环节加延迟环节的方式来模拟柴油机的运行,认为柴油机的功率输出只是油门齿条位置的函数,而忽略了柴油发动机组转速对其输出的影响。为此,本文给出了一个更为准确的柴油机模型,即柴油机的功率输出为油门齿条位置和转速的双重函数。文中对所采用的模型均进行了仿真分析及研究,验证了所采用模型的正确性。基于上述仿真模型,本文研究在不同的负载下,通过调整加、减速速率,分析瞬时频率及发电机端电压的变化,使其满足“钢质海船入级规范”要求,从而得出最终的起重机加、减速速率方案,并绘制出起重机的加、减速速率曲线。运用回归分析方法,将得到的起重机加、减速速率点拟合成函数,从而可在控制器中依据该函数动态改变频器的加、减速速率传统的起重机加、减速速率为一固定值,牺牲了起重机的作业速度。本文提出的起重机加、减速速率限制方案,在不影响电力系统稳定运行的前提下,实现了起重机的平稳调速、提高了起重机的作业速度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.2 船舶大型起重机驱动控制技术研究的发展动态
• 1.3 本文的主要内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 同步发电机的建模与仿真
• 2.1 同步发电机的理想化
• 2.2 同步发电机的标准数学模型
• 2.2.1 同步发电机在abc坐标下的有名值方程
• 2.2.2 同步发电机在dq0坐标下的有名值方程
• 2.2.3 同步发电机标准数学模型的标幺化
• 2.3 同步发电机的实用五阶模型
• 2.3.1 引入新变量
• 2.3.2 变量置换用的表达式的推导
• 2.3.3 实用五阶模型
• 2.4 仿真结果分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 同步发电机励磁系统的建模与仿真
• 3.1 相复励装置的数学模型
• 3.2 励磁机的数学模型
• 3.3 自动电压调节器的模型
• 3.3.1 电压检测环节
• 3.3.2 比较环节
• 3.3.3 PI控制器的数学模型
• 3.3.4 移相触发环节与可控整流环节
• 3.3.5 串联校正环节
• 3.4 仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 原动机及调速系统的建模与仿真
• 4.1 原动机及其调速系统的特性
• 4.1.1 原动机及其调速系统的总体特性
• 4.1.2 原动机及其调速系统的静态特性
• 4.1.3 原动机及其调速系统的动态特性
• 4.2 柴油机调速系统的建模
• 4.2.1 电子调速器数学模型
• 4.2.2 执行器的数学模型
• 4.3 柴油机数学模型
• 4.4 仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 起重机的加、减速速率限制
• 5.1 起重机加速速率限制
• 5.1.1 发电机端电压仿真结果
• 5.1.2 频率仿真结果
• 5.2 起重机减速速率限制
• 5.2.1 发电机端电压仿真结果
• 5.2.2 频率仿真结果
• 5.3 加、减速速率曲线的拟合
• 5.3.1 直线部分的回归分析方法
• 5.3.2 非直线部分的回归分析方法
• 5.3.3 拟合结果
• 5.3.4 拟合结果与实际仿真结果比较
• 5.4 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历