[发明专利]一种船舶螺旋桨四象限负载模拟装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种船舶螺旋桨四象限负载模拟装置及其控制方法。

背景技术

作为船舶推进装置的执行机构，螺旋桨与原动机和船体匹配设计的性能好坏直接影响到船舶的航行性能和机动性。在船舶螺旋桨推进装置的设计开发过程中，通过模拟螺旋桨运行过程中的动态特性，可以反复在模拟环境中进行考核验证，降低实际环境变化带来的成本和风险,提高在安装之前发现实际系统潜在问题的可能性。

实际的螺旋桨不会单独的进行工作，而是同船体产生相互的影响，这导致螺旋桨与船体与它们单独工作时动态特性完全不同。因此，应把船体和螺旋桨作为一个整体进行螺旋桨负载特性研究。常见的螺旋桨负载模拟装置往往只考虑螺旋桨负载转矩的动态模拟，一般通过采用交流变频装置控制发电机提供螺旋桨负载转矩，来模拟螺旋桨的负载特性。而在现有的文献和资料中,并没有公开的同时考虑推进电机特性、螺旋桨特性和船桨相互作用的螺旋桨四象限负载模拟装置。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的问题,提供一种能够模拟螺旋桨起动、停车、加减速、倒车等动态特性的船舶螺旋桨四象限负载模拟装置。

本发明的目的还在于提供一种船舶螺旋桨四象限负载模拟装控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种船舶螺旋桨四象限负载模拟装置，包括上位机，AppSIM实时仿真器、推进电机、负载电机、螺旋桨、轴联器、与推进电机配套相连的交流变频器1，与负载电机配套相连的交流变频器2、推进电机控制系统、负载电机控制系统、用于检测推进电机输出转速和负载电机输出转矩的转速转矩传感器、电机固定台架，推进电机与负载电机通过轴联器相连，轴上安装有转速转矩传感器，其中靠近负载电机侧的轴上装有螺旋桨；上位机与AppSIM实时仿真器双向通信连接，转速转矩传感器的信号输出端分别与推进电机控制系统、负载电机控制系统和AppSIM实时仿真器连接，AppSIM实时仿真器与负载电机控制系统连接，提供期望转矩给定；推进电机控制系统通过变频器1控制推进电机完成相应控制需求，负载电机控制系统通过变频器2控制负载电机转矩，使负载电机能够跟踪给定的期望转矩；

所述的推进电机与负载电机采用同等型号的三相正弦波永磁同步电机；推进电机与负载电机工作在电动机及发电机工况；所述的推进电机和负载电机采用低速电机；所述的螺旋桨采用固定螺距形式；螺旋桨的轴改为实心轴；所述的转速转矩传感器采用JN338型数字式转速转矩传感器；传感器的输出信号以频率量给出，和上位机进行接口；所述的AppSIM实时仿真器通过PCI板卡接受来自转速转矩传感器检测的转速转矩信号，作为输入量发送到船桨模型，船桨模型输出螺旋桨转矩作为负载电机的转矩给定期望值，并通过CAN通信在上位机界面显示电机电压电流、螺旋桨转速转矩和直流母线电压值。

一种船舶螺旋桨四象限负载模拟装置的控制方法，包括以下步骤：

(1)上位机接受用户对螺旋桨旋转工况与船舶航行工况的选择命令，将用户输入的信息发送给推进电机控制系统和AppSIM实时仿真器；

(2)推进电机控制系统接受转速转矩传感器返回的转速值通过驱动变频器1控制螺旋桨的转速跟随期望给定值；

(3)转速转矩传感器信号通过船桨模型计算出螺旋桨负载转矩给定值并发送给负载电机控制系统，负载电机控制系统驱动变频器2控制螺旋桨的转矩跟随期望给定值；

(4)用户初始设定的螺旋桨旋转工况与船舶航行工况为正车正航模式，通过上述步骤可以模拟螺旋桨第一象限的负载转矩特性和推进电机的转速特性；

(5)改变螺旋桨的转速大小，并保证螺旋桨与船舶运行工况为正车正航模式，模拟螺旋桨第一象限加减速工况的负载转矩特性以及推进电机的转速特性；

(6)改变螺旋桨的转速方向，并保证螺旋桨与船舶运行工况为倒车正航模式，模拟螺旋桨第二象限的负载转矩特性以及推进电机的转速特性；

(7)改变船舶的航行方向，并保证螺旋桨与船舶运行工况为正车倒航模式，模拟螺旋桨第四象限的负载转矩特性以及推进电机的转速特性；

(8)同时改变螺旋桨转速方向与船舶航行方向，并保证螺旋桨与船舶运行工况为倒车倒航模式，模拟螺旋桨第三象限的负载转矩特性以及推进电机的转速特性；

(9)通过上述步骤动态模拟螺旋桨启动、停车、加减速工况以及四象限运行的负载转矩特性以及推进电机的转速特性。

本发明的有益效果在于：