一种推进控制系统零转速下的优化控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种推进控制系统零转速下的优化控制方法，驾控台推进手柄向推进控制单元输出转速指令，推进控制单元向推进变频器输出转速指令，推进变频器向感应异步电机输出励磁电流；推进控制单元采集驾控台推进手柄的给定指令后，通过低转速滞环比较方法进行驾控台推进手柄的零转速位置检测，并根据感应异步电机的参数及船舶应用工况进行零速保护延时设置；逆变脉冲被封锁后推进变频器将与感应异步电机的励磁电流切除；本发明专利技术方法一方面可以降低船舶在该特定工况下的系统损耗，另一方面避免了特定船型在长期给定零转速同时被拖带，推进螺旋桨长期能量回馈导致系统设计复杂性提升、可靠性下降的情况。

An Optimal Control Method for Propulsion Control System at Zero Speed

The invention discloses an optimal control method under zero speed of the propulsion control system. The driving console propulsion handle outputs speed instructions to the propulsion control unit, the driving control unit outputs speed instructions to the propulsion converter, and the driving converter outputs excitation current to the induction asynchronous motor. The driving control unit collects the given instructions of the driving console propulsion handle, and then compares them with the low speed hysteresis loop. The method detects the zero speed position of the driving console propulsion handle, and sets the zero speed protection delay according to the parameters of induction motor and the ship's application condition; after the inverter pulse is blocked, the propulsion converter will cut off the excitation current of induction motor; on the one hand, the method of the invention can reduce the system loss of the ship under the specific working condition, on the other hand, it avoids the specific ship. The long-term energy feedback of propeller leads to the increase of system design complexity and the decrease of system reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种推进控制系统零转速下的优化控制方法
本专利技术属于变频传动
，具体涉及一种采用交流感应电机的推进控制系统零转速下的优化控制方法，用于提升交流变频推进系统在船舶推进控制过程中的系统性能。
技术介绍
随着节能减排的要求以及船舶舒适型的需求提升，电力推进系统在船舶上的应用需求日益增加。相比其他型式的船用推进电机，交流异步电机以其技术的成熟可靠以及设备的成本优势，成为电力推进系统船舶主要的动力输出装置。交流异步电机的工作原理是外部电源向电机定子绕组提供所需频率的三相旋转电压，经过电机内部阻抗产生励磁电流，从而产生与外部电源频率一致的气隙旋转磁场，由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换。因此，励磁电流是驱动交流异步电机必不可少的条件。在变频驱动系统的电机控制技术中，励磁电流通过推进变频器的逆变功率单元输出至电机定子绕组，电力推进船舶驾驶一般可通过一套无极调速的操控手柄进行转速的线性给定，电机给定转速与励磁频率成正比，当电机给定转速为零时，励磁电流变为直流，其直流电流大小与推进变频器与感应电机的识别参数有关。并且在推进变频器的算法设计过程中，由于感应电机的参数识别精度误差因素，以及基于提高电机零转速下启动转矩的考虑，会提高零转速下直流励磁电流数值，适当进行电机过励。在采用强制风冷或水冷的船用交流异步推进电机应用场合，适当的过励磁对电机及推进变频器均无任何影响。但是在船舶处于长期给定零速或短时停靠过程中，若推进变频器的逆变功率单元一直处于运行状态，则推进变频器将长期为电机提供励磁电流，由于电机以及推进变频器在通电情况下均存在能量损耗发热，各散热辅助装置也均需处于工作状态，提高了在船舶操船过程给定零速过程中的系统损耗。另外，若逆变功率单元处于运行状态下船舶推进电机给定转速给定零转速，并且船舶处于被拖带工况下，螺旋桨将通过电机推进变频器回馈能量，需要通过可吸收或损耗能量的装置将回馈能量吸收，以保护推进变频器直流母线上的设备，提升了系统的复杂性以及设备投入成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种推进控制系统零转速下的优化控制方法，优化采用变频感应电机的推进系统在零转速下，由于人为因素长期零转速给定所导致的电力推进系统功率损耗问题，同时可以解决部分特定船型在处于被拖带工况下，螺旋桨的能量回馈问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种推进控制系统零转速下的优化控制方法，基于驾控台推进手柄、推进控制单元、推进变频器和推进用感应异步电机组成的推进控制系统，所述的推进控制单元安装在遥控单元内，步骤如下：驾控台推进手柄向推进控制单元输出转速指令，推进控制单元向推进变频器输出转速指令，推进变频器向感应异步电机输出励磁电流；推进控制单元采集驾控台推进手柄的给定指令后，通过低转速滞环比较方法进行驾控台推进手柄的零转速位置检测，并根据感应异步电机的参数及船舶应用工况进行零速保护延时设置；逆变脉冲被封锁后推进变频器将与感应异步电机的励磁电流切除，可以在船舶推进控制手柄处于长期给定零速或船舶短时停靠过程中，降低或停止推进变频器输出至推进变频感应电机的输出励磁电流。所述的一种推进控制系统零转速下的优化控制方法，其驾控台推进手柄配置零转速机械闭锁，以实现在无人按下解锁按钮的情况下，推进手柄推至零转速时被锁定，当不需要感应异步电机进行直接正反转切换的情况下可以从操作模式上增加零转速时的停留时间。所述的一种推进控制系统零转速下的优化控制方法，所述的低转速滞环比较需要根据感应异步电机的零转速功率损耗和驾控台推进手柄的零转速信号采集误差等因素进行计算获得，尽可能降低滞环区间的宽度，推进控制系统通过低转速滞环比较方法进行推进给定零转速指令的判断，作为启动优化策略的依据。所述的一种推进控制系统零转速下的优化控制方法，所述的零速保护延时设置根据感应异步电机的零转速功率损耗、推进系统辅助设备的功率损耗、以及船舶运营工况的实际需求计算获得，防止推进系统由于采样以及错误操作，导致推进控制单元频繁启动、停机的情况。所述的一种推进控制系统零转速下的优化控制方法，其推进控制单元之间以及推进控制单元和推进变频器之间采用现场总线通讯，所述的遥控单元和推进控制单元之间采用硬线控制，所述的推进控制单元与机舱监控系统通过冗余总线通讯，所述的遥控单元与驾控台推进手柄之间采用以太网通讯。所述的一种推进控制系统零转速下的优化控制方法，其推进控制单元之间以及推进控制单元和推进变频器之间采用现场总线通讯，所述的遥控单元和推进控制单元之间采用硬线控制，所述的推进控制单元与机舱监控系统通过冗余总线通讯，所述的遥控单元与驾控台推进手柄之间采用以太网通讯。本专利技术的有益效果是：一方面可以降低船舶在该特定工况下的系统损耗，另一方面避免了特定船型在长期给定零转速同时被拖带，推进螺旋桨长期能量回馈导致系统设计复杂性提升、可靠性下降的情况。附图说明图1为本专利技术推进部分的结构示意图；图2为本专利技术控制方法的网络示意图；图3为本专利技术低转速滞环比较方法原理图；图4为本专利技术零速保护延时原理图。各标附图标记为：1—驾控台推进手柄，2—遥控单元，3—推进控制单元，4—推进变频器，5—感应异步电机。具体实施方式结合附图对该专利技术做具体说明。参照图1、图2所示，本专利技术公开的一种采用交流感应电机的推进控制系统零转速下的优化控制方法，位于驾驶室内的驾控台推进手柄1、位于变频室内的推进控制单元3、推进变频器4和推进用感应异步电机5组成推进控制系统，位于集控室内的机舱监测系统运行所述的推进控制系统，所述的推进控制单元3安装在遥控单元2内，其中所述的推进控制单元3之间以及推进控制单元3和推进变频器4之间采用现场总线通讯，所述的遥控单元2和推进控制单元3之间采用硬线控制，所述的推进控制单元3与机舱监控系统通过冗余总线通讯，所述的遥控单元2与驾控台推进手柄1之间采用以太网通讯。本专利技术控制方法的步骤如下：驾控台推进手柄1向推进控制单元3输出转速指令，推进控制单元3向推进变频器4输出转速指令，推进变频器4向感应异步电机5输出励磁电流。推进控制单元3采集驾控台推进手柄1的给定指令后，通过低转速滞环比较方法进行驾控台推进手柄1的零转速位置检测，并根据感应异步电机5的参数及船舶应用工况进行零速保护延时设置。逆变脉冲被封锁后推进变频器4将与感应异步电机5的励磁电流切除，可以在船舶推进控制手柄处于长期给定零速或船舶短时停靠过程中，降低或停止推进变频器4输出至推进变频感应异步电机5的输出励磁电流。由于逆变功率单元为电力电子全控器件，其脉冲封锁以及启动的时间为毫秒级，不会影响到船舶的操控。进一步，驾控台推进手柄1配置零转速机械闭锁，以实现在无人按下解锁按钮的情况下，推进手柄推至零转速时被锁定，当不需要感应异步电机5进行直接正反转切换的情况下可以从操作模式上增加零转速时的停留时间。进一步，低转速滞环比较需要根据感应异步电机5的零转速功率损耗和驾控台推进手柄1的零转速信号采集误差等因素进行计算获得，尽可能降低滞环区间的宽度，明确滞环比较的区间系数t，推进控制系统通过低转速滞环比较方法进行推进给定零转速指令的判断，作为启动优化策略的依据。更进一步，零速保护延时设置需要根据感应异步电机5的零转速功率损耗、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种推进控制系统零转速下的优化控制方法，基于驾控台推进手柄（1）、推进控制单元（3）、推进变频器（4）和推进用感应异步电机（5）组成的推进控制系统，所述的推进控制单元（3）安装在遥控单元（2）内，其特征在于：步骤如下驾控台推进手柄（1）向推进控制单元（3）输出转速指令，推进控制单元（3）向推进变频器（4）输出转速指令，推进变频器（4）向感应异步电机（5）输出励磁电流；推进控制单元（3）采集驾控台推进手柄（1）的给定指令后，通过低转速滞环比较方法进行驾控台推进手柄（1）的零转速位置检测，并根据感应异步电机（5）的参数及船舶应用工况进行零速保护延时设置；逆变脉冲被封锁后推进变频器（4）将与感应异步电机（5）的励磁电流切除。

【技术特征摘要】
1.一种推进控制系统零转速下的优化控制方法，基于驾控台推进手柄（1）、推进控制单元（3）、推进变频器（4）和推进用感应异步电机（5）组成的推进控制系统，所述的推进控制单元（3）安装在遥控单元（2）内，其特征在于：步骤如下驾控台推进手柄（1）向推进控制单元（3）输出转速指令，推进控制单元（3）向推进变频器（4）输出转速指令，推进变频器（4）向感应异步电机（5）输出励磁电流；推进控制单元（3）采集驾控台推进手柄（1）的给定指令后，通过低转速滞环比较方法进行驾控台推进手柄（1）的零转速位置检测，并根据感应异步电机（5）的参数及船舶应用工况进行零速保护延时设置；逆变脉冲被封锁后推进变频器（4）将与感应异步电机（5）的励磁电流切除。2.根据权利要求1所述的一种推进控制系统零转速下的优化控制方法，其特征在于，所述的驾控台推进手柄（1）配置零转速机械闭锁，以实现在无人按下解锁按钮的情况下，推进手柄推至零转速时被锁定，当不需要感应异步电机（5）进行直接正反转切换的情况下可以从操作模式上增加零转速时的停留时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛启桢，耿鹏，周兴，胡国昭，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42