一种新型船舶螺旋桨负载模拟装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种新型船舶螺旋桨负载模拟装置及控制方法，涉及船舶螺旋桨技术领域，包括依次连接的第一电源、第一变压器、第一纵横阵转换器、第一驱动电路、BLDC发电机、第一电压/电流传感器；依次连接的第二电源、第二变压器、第二纵横阵转换器、第二驱动电路、推进电机、第二电压/电流传感器；计算机控制系统对第一纵横阵转换器和第二纵横阵转换器实时控制和信号采集。本发明专利技术对于推进电机端变频器，采用状态估算器算法、预测算法、模型函数来替代传统矢量控制方法，能有效地对纵横阵变换器进行实时控制，实现了能量的双向流动，并且保证了网侧电流的正弦性，很好地控制功率因数，对电网造成的污染可忽略不计，同时节省变换器的空间。空间。空间。

【技术实现步骤摘要】
一种新型船舶螺旋桨负载模拟装置及控制方法


[0001]本专利技术涉及船舶螺旋桨
，尤其涉及一种新型船舶螺旋桨负载模拟装置及控制方法。

技术介绍

[0002]船舶螺旋桨是船舶的重要核心部件，它主要是依靠多片桨叶旋转推进水流从而为船舶提供动力。在船舶工程领域中，船舶螺旋桨的性能和设计对船舶的推动效率与能源消耗等方面有着重要影响。因此，对船舶螺旋桨进行深入研究，提高其性能和效率，对于提高船舶的推进效率和减少能源损耗具有重要意义。
[0003]近年来，随着经济全球化的发展和船舶运输量的增加，对船舶螺旋桨进行研究的需求也越来越迫切。在传统的船舶螺旋桨研究中，通常需要进行大量的理论分析和实验验证，这不仅需要消耗大量的时间和费用，而且往往难以得到精确和可靠的结果。因此，现阶段船舶螺旋桨的研究逐渐向数字化仿真方向发展，利用计算机模拟和仿真等技术，对船舶螺旋桨进行研究和优化设计，这将为船舶螺旋桨的优化设计和性能提升提供更加便捷和高效的方法。
[0004]现有技术中，混合动力船舶的模拟实验装置及其控制方法，包括由永磁同步电动机、永磁同步发电机、双向功率变换器、模拟负载等组成的电气系统；该实验利用电气元件模拟机械原件，电气耦合模拟机械耦合，具体操作是利用永磁同步电动机、永磁同步发电机和双向功率变换器来模拟双燃料主机和离合器，用变换器和模拟负载来模拟螺旋桨，将机械的特性用电气元件进行模拟。
[0005]目前的混合动力船舶的模拟实验装置还是使用机械齿轮箱，必然存在噪音大的问题，并且机械齿轮箱会对输入电压和电流有限制，所以连接过程中会使整个装置更复杂，从而导致操作复杂。
[0006]混合动力船舶的模拟实验装置及控制方法，具体操作是利用永磁同步电动机、永磁同步发电机和双向功率变换器来模拟双燃料主机和离合器，用变换器和模拟负载来模拟螺旋桨，将机械的特性用电气元件进行模拟。它利用永磁同步电动机和永磁同步发电机来模拟混合动力船舶的动力系统，通过控制永磁同步电动机的转速来控制负载的运动，从而达到模拟效果。控制方法采用了多种方式来控制永磁同步电机的转速，其中直接转矩法是在早期应用较多的一种控制方法，但它在低转速情况下控制精度急剧下降。该方法只能在基频以上使用，而不能在低转速时使用，这是该技术的一个缺点。
[0007]中国专利技术专利CN105974322A提出了一种基于自组态式动力电池混合动力船舶的测试装置，包括动力源、操控装置、推进测试传动系统；推进测试传动系统采用双电机刚性轴联方式，两台电机的联轴之间安装扭矩传感器，检测推进转矩，其中一台电机为交流异步变频电机，另一台为同步电机；两台电机分别在异步电机变频器和同步电机变频器控制下作四象限运行，既可以作为推进螺旋桨的驱动电机，又可以作为模拟螺旋桨的负载电机，通过操控装置设置电机运行方式。
[0008]其装置成本高：该装置需要使用高精度、高质量的传感器、仪表等设备，同时也需要包括电动机、燃油发动机、电池组、电控系统等核心组件，因此装置成本可能相对较高。
[0009]占用空间大：该装置需要占用一定的空间，而船舶本身的空间已经相对较小，会导致测试装置的搭建和使用存在一定的困难。
[0010]操作复杂：测试装置的操作可能相对复杂，需要专业人员进行操作和维护，会增加使用成本和难度。
[0011]数据准确性和可靠性：测试装置需要对多个参数进行测试和记录，可能存在数据误差、噪声干扰等因素，会对实验数据的准确性和可靠性产生影响。
[0012]另外，测试装置的维护和保养也需要一定的成本和精力，需要定期检查、校准和更换故障或老化的部件。
[0013]中国专利技术专利CN109946604A提出了一种基于OPC通讯技术的船舶螺旋桨负载模拟装置，该装置主要包括推进电机、推进电机变频器、负载电机、负载电机变频器、速度传感器、扭矩传感器、PLC可编程控制器、上位机控制系统包括螺旋桨模拟模块、与螺旋桨模拟模块相连接的海况模拟模块和与螺旋桨模拟模块相连接负载电机扭矩计算模块。该装备基于OPC通讯技术，可以获得其负载模拟结果。
[0014]这种模拟装置操作复杂，所需求的装置较多，占地面积较大，同时消耗太多的人力且效率较低，不能满足在船舶螺旋桨负载模拟的高效需求。
[0015]在模拟运算中，过多的条件如设置的螺旋桨直径、伴流系数、船体质量、海水密度等大量数据传输过程中易出现数据丢失，计算错误等问题。

技术实现思路

[0016]本专利技术提供一种新型船舶螺旋桨负载模拟装置及控制方法，采用软硬件结合的模拟系统来模拟实际螺旋桨负载，以降低成本及风险。
[0017]本专利技术采用下述的技术方案：
[0018]一种新型船舶螺旋桨负载模拟装置及控制方法，包括计算机控制系统，2个相位检测装置，计数脉冲测量板，以及依次连接的第一电源、第一变压器、第一纵横阵转换器、第一驱动电路、BLDC发电机、第一电压/电流传感器；
[0019]依次连接的第二电源、第二变压器、第二纵横阵转换器、第二驱动电路、推进电机、第二电压/电流传感器；
[0020]依次连接的减速装置和转速/转矩传感器；
[0021]所述推进电机、BLDC发电机与通过减速装置连接；
[0022]所述计数脉冲测量板均与第一电压/电流传感器、第二电压/电流传感器、转速/转矩传感器、2个相位检测装置连接，2个相位检测装置分别与第一纵横阵转换器、第二纵横阵转换器连接；
[0023]所述计数脉冲测量板与计算机控制系统连接，计算机控制系统对第一纵横阵转换器和第二纵横阵转换器实时控制和信号采集；
[0024]所述计算机控制系统对第二纵横阵转换器实时控制的方法包括以下三种：
[0025]状态估算器算法
[0026]m
′
(n+1)＝m
″
(n+1)+Z(n+1)[s(n+1)
‑
s
″
(n+1)][0027]s(n+1)为n+1时刻电机定子电压在α、β轴分量的检测值；Z(n+1)为n+1时刻的收益矩阵，m
′
(n+1)为n+1时刻电机状态估计值，m
″
(n+1)为n+1时刻电机状态矢量预测值；s
″
(n+1)为n+1时刻电机定子电压在α、β轴分量的状态矢量。
[0028]预测算法
[0029]m(n+1)＝m(n)+t
s
/2
·
(f(m(n)，u(n))+f(m
′
(n+1)，u(n))
[0030]t
s
为采样时间，u(n)为n时刻电机检测的电信号，
[0031]式中
[0032][0033][0034]τ
s
＝l
s
/R
s
是定子时间常数，J是转动惯量，N是阻尼系数，K
T
＝1.5pψ
m
为电机转矩常数，l
s
为定子电感，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型船舶螺旋桨负载模拟装置及控制方法，其特征在于，包括计算机控制系统，2个相位检测装置，计数脉冲测量板，以及依次连接的第一电源、第一变压器、第一纵横阵转换器、第一驱动电路、BLDC发电机、第一电压/电流传感器；依次连接的第二电源、第二变压器、第二纵横阵转换器、第二驱动电路、推进电机、第二电压/电流传感器；依次连接的减速装置和转速/转矩传感器；所述推进电机、BLDC发电机与通过减速装置连接；所述计数脉冲测量板均与第一电压/电流传感器、第二电压/电流传感器、转速/转矩传感器、2个相位检测装置连接，2个相位检测装置分别与第一纵横阵转换器、第二纵横阵转换器连接；所述计数脉冲测量板与计算机控制系统连接，计算机控制系统对第一纵横阵转换器和第二纵横阵转换器实时控制和信号采集；所述计算机控制系统对第二纵横阵转换器实时控制的方法包括以下三种：状态估算器算法m
′
(n+1)＝m"(n+1)+Z(n+1)[s(n+1)
‑
s"(n+1)]；s(n+1)为n+1时刻电机定子电流在α、β轴分量的检测值；Z(n+1)为n+1时刻的收益矩阵，m
′
(n+1)为n+1时刻电机状态估计值，m"(n+1)为n+1时刻电机状态矢量预测值；s"(n+1)为n+1时刻电机定子电流在α、β轴分量的状态矢量；预测算法m(n+1)＝m(n)+t
s
/2
·
(f(m(n)，u(n))+f(m
′
(n+1)，u(n))；t
s
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，郑玉娟，刘凯，何昭平，何柳，鲜挺胜，
申请(专利权)人：四川吉利学院，
类型：发明
国别省市：