[发明专利]一种全电船区域配电智能容错控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及全电船电力系统区域配电控制技术，具体涉及一种用于全电船可靠控制的区域配电的智能容错控制系统及相应的控制方法。 

背景技术

中国是世界航运大国和造船大国，船舶电力系统自动化方面的关键技术需求量很大。现代大型军舰、工程船舶、游轮等船舶由于在船舶机动性、节能与环保等方面的高要求，开始采用电力推进作为船舶航行的动力，改变了船舶依靠柴油机作为推进动力的状况，产生了船舶动力设备及其控制的全电气化革命，形成了以电力系统为船舶主动力及其能量核心的全电气化船舶。 

在海洋风/水流不确定环境下电力推进船舶期望定向与定速航行。在天气恶劣时船舶摇摆剧烈，推进螺旋桨的水动力负荷变化大，作为船舶主动力的电力系统受到巨大的不确定性负荷的冲击，故障的概率加大。目前，海洋船舶电力系统以枝状结线形式的电力系统与环状结线形式的电力系统居多，系统控制故障的能力比较薄弱；也有一些船舶电力系统采用区域配电的形式，其控制方法多为常规控制方法，不具有对于故障的强力的容错控制能力；因此，目前船舶电力系统对于故障的控制能力比较低，大多依靠硬件设备冗余及其继电保护处理故障，故障时电力系统波动幅度大。 

发明内容

本发明针对现有船舶电力系统在故障控制的容错控制方面所存在的不足，而提供一种全电船的区域配电容错控制系统——基于区域配电系统实施的区域配电智能容错控制系统及控制方法。本发明用于解决全电船电力系统故障的控制问题，使得系统在发生故障时仍然能维持向重要设备的连续供电，电力系统的安全可靠性得到大幅度提高。对于全电船的发电机组子系统、电力推进子系统、电网及其配电子系统的控制采用基于模型参考与模型辨识的神经网络智 能多变量容错控制方法。通过区域配电的容错控制系统与方法，实现全电船电力系统的安全可靠控制。 

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案： 

一种全电船区域配电智能容错控制系统，该控制系统与全电船的区域配电系统相配合，该控制系统包括： 

容错控制器：用于实施智能容错控制算法的单元，该控制器基于神经网络模型及其控制方法实现，所述控制器以神经网络参考模型输出与全电船的区域配电系统的子系统被控对象输出之间的偏差为依据进行学习和修正，实施容错控制；容错控制器完成智能容错控制算法的计算，输出容错控制执行指令，对被控子系统发出控制命令，实施故障控制； 

控制分配器：根据故障检测与分离作出决策，对于容错控制器的指令进行选择性分配，使得控制命令的确定由故障检测与分离的结果所决定； 

执行器：执行控制分配器选择分配的容错控制指令，改变系统控制量或系统结构； 

传感器与变送器：检测子系统物理量，并转换为统一标准信号，便于传输和计算机采集； 

神经网络（NN）广义对象模型：用神经网络方法对子系统实际运行工作过程进行学习，用于获得实际系统除控制器之外的其余单元总和的模型； 

神经网络（NN）参考模型：用神经网络方法对子系统正常运行工作过程进行离线学习，获得的除容错控制器之外的其余单元总和的模型，用于实际系统运行时起对比标准的作用； 

智能故障检测与分离单元：对执行器、全电船的区域配电系统中各子系统被控制对象、以及传感器与变送器的输入/输出进行数据采集与分析，运用神经网络智能故障模式识别进行子系统的故障检测与分离； 

容错控制决策单元：根据智能故障检测与分离单元给出的故障类型、级别、区域范围等信息进行决策，确定采用系统重构、降级运行、故障补偿、故障切换之一或组合的容错控制的方式。 

在容错控制系统方案的具体实例中，所述智能故障检测与分离单元包括执行器FDI、控制系统FDI、传感器变换器FDI，分别对执行器、控制子系统、 传感器与变送器完成故障检测与分离。 

进一步的，所述容错控制决策单元包括系统重构模块、降级运行模块、故障补偿模块、故障切换模块，分别完成系统重构容错控制算法的计算、降级运行容错控制算法的计算、故障补偿容错控制算法的计算、故障切换容错控制算法的计算。 

作为本发明的第二部分，一种全电船区域配电智能容错控制方法，该方法包括如下步骤： 

1、前向通路控制 

所述前向通路控制包括参考模型通路控制与智能容错控制通路控制，所述参考模型通路控制过程如下：