[发明专利]一种半潜船动力定位系统推进电机控制方法及系统

权利要求书

1.一种半潜船动力定位系统推进电机控制方法，其特征在于：所述方法包括下述步骤：

(1)采集推进电机定子绕组上的三相电流i_a、i_b、i_c，通过Clark变换将三相电流i_a、i_b、i_c转换为两相静止坐标系下的电流i_α、i_β，通过Park变换将两相静止坐标系下的电流i_α、i_β转换为旋转坐标系下的电流i_d、i_q；

(2)建立半潜船动力定位系统推进电机的动力学方程：

其中，

n(t+1)为t+1时刻动力定位系统螺旋桨输出转速；

n(t)为t时刻动力定位系统螺旋桨输出转速；

为符号函数；

K_L为负载转矩系数；ρ为水密度；D为螺旋桨直径；h为采样周期；

I为动力定位系统的转动惯量；

i_q(t)为t时刻的交轴电流；

F_ω为动力定位系统摩擦因数；

(3)进行动态线性化处理，获得数据模型：

对于所述动力学方程，当Δi_q(t)≠0时，存在伪偏导数θ(t)，使得：Δn(t+1)＝θ(t)Δi_q(t)、|θ(t)|≤Q；

其中，Q为一个正常数；Δi_q(t)＝i_q(t)-i_q(t-1)；Δn(t+1)＝n(t+1)-n(t)；

(4)计算外速度环的伪偏导数估计律：

其中，为θ(t)的估计值；

为θ(t-1)的估计值；

v∈(0,1]为步长因子，μ＞0为权重因子；

(5)设计外速度环的无模型自适应滑模控制器：

(51)将步骤(3)中的数据模型代入准则函数

J[i_q(t)]＝[n^*(t+1)-n(t+1)]²+c[i_q(t)-i_q(t-1)]²中，对i_q(t)求导，并令求导后的式子等于零，得到：

在该式中，令i_qMFAC(t)＝i_q(t)、i_qMFAC(t-1)＝i_q(t-1)；

得到

其中，

c＞0是一个权重因子，用来控制输入量的变化；n*(t+1)为期望转速输出信号；b∈(0,1]为步长因子；d＞0，是一个权重因子，用来控制输入量的变化；

(52)建立不考虑摩擦力矩扰动的滑模控制律或者考虑摩擦力矩扰动的滑模控制律：

设计在该式中，令Δi_q(t)＝i_q(t)-i_q(t-1)＝i_qSC1(t)；得到

该式为不考虑摩擦力矩扰动的滑模控制律；

或者，

设计在该式中，令Δi_q(t)＝i_q(t)-i_q(t-1)＝i_qSC2(t)；得到

该式为考虑摩擦力矩扰动的滑模控制律；

其中，e(t)＝n(t)-n^*(t)是输出误差轨迹，n^*(t)是期望转速输出信号；

λ、β为大于0的常数；

τ、为大于0的常数；

S(t)为滑模面函数，S(t)＝[e(t)-e(t-1)]+λe(t)＝0；

(53)获得无模型自适应滑模控制器i_qMS(t)：

当采用不考虑摩擦力矩扰动的滑模控制律时：i_qMS(t)＝i_qMFAC(t)+ai_qSC1(t)；

当采用考虑摩擦力矩扰动的滑模控制律时：i_qMS(t)＝i_qMFAC(t)+ai_qSC2(t)；

其中，a为权重系数，用于调节收敛速度；

(6)设计内电流环的PI控制器：

式中，

K_p、K_i分别为PI控制器的比例增益、积分增益；

u_d(t)为t时刻直轴定子电压；

u_q(t)为t时刻交轴定子电压；

为t时刻直轴电流参考信号；

为t时刻交轴电流参考信号；

(7)对内电流环的PI控制器输出的u_d(t)、u_q(t)进行park反变换，获得两相静止坐标系下的电压值，然后通过空间矢量脉宽调制算法，得到逆变器的控制信号，由逆变器输出相应的三相电压信号，施加于推进电机定子绕组上，对推进电机进行速度调节。