[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

说明书

本发明公开了一种半潜船动力定位系统推进电机控制方法及系统，采集电机定子绕组上的三相电流，转换为旋转坐标系下的电流；建立半潜船动力定位系统推进电机动力学方程；进行动态线性化处理，获得数据模型；计算外速度环伪偏导数估计律；设计外速度环的无模型自适应滑模控制器；设计内电流环PI控制器；对内电流环的PI控制器的输出进行park反变换，获得两相静止坐标系下的电压值，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；本发明具有较强的抗干扰性和鲁棒性，提高了推进电机的转速和转矩控制精度，满足了半潜船动力定位系统对稳态误差的要求。

技术领域

本发明属于动力定位系统电机控制技术领域，具体地说，是涉及一种基于无模型自适应滑模矢量控制的半潜船动力定位系统推进电机控制方法及系统。

背景技术

近年来，随着海洋资源的快速开发，作为海上石油开发及海上作业系统中关键技术的动力定位系统成为国内外的研究热点。动力定位系统指海上作业的半潜船或平台根据海况及给定位置参照信息，不借助系泊系统而依靠海洋结构物自身推进系统来抵抗风、浪以及海流等干扰，使半潜船或平台准确处于期望位置。海洋工程平台的动力定位系统研究已经受到国内外学者的广泛关注，然而，广域海况下海洋环境变化大，在恶劣海况下，海风、海浪以及海流等环境因素扰动将对动力定位系统的控制产生极大影响，这将导致平台本体的水动力特性更加复杂，并加大平台各自由度之间的强耦合特性；此外，作为系统执行机构的吊舱推进器本身是典型的复杂非线性系统，这使得动力定位控制器的设计异常困难。

目前，永磁同步电机在吊舱推进器中得到了广泛应用，吊舱推进器不仅需要性能良好的推进电机，还需要能实现半潜船在不同的运行工况时能安全航行的推进控制系统。当前，矢量控制和直接转矩控制作为永磁同步电机的两种控制策略，在永磁同步电机控制中占据主要地位，近年来，国内外学者提出了许多采用解耦后的线性控制和非线性控制方法以提高推进电机的控制性能及鲁棒性。但是，半潜船动力定位系统是一种典型的复杂非线性系统，由于吊舱推进器的结构特点，其很容易受到外在因素的影响，如端部效应和齿槽效应等一些非线性因素。由于这种外部因素的影响，建立一个比较精准的数学模型是比较困难的，鲁棒性较差。因此，常见的一些推进电机控制方法也受到了挑战，像自适应控制、反推控制等。

在广域海况下，由于海况较为复杂，尤其是在恶劣海况下，在大风浪海况下对系统进行控制时，传统的PI控制方法需要轮机员通过调速器的重新设定来对参数进行不断的调整，以此来达到电流很好的跟随，这不仅对系统的控制性能造成了影响，而且也会产生超调等现象。另外，在面临一些较大的非线性扰动时，由于不确定性和扰动的突变，传统PI矢量控制的应用受到了局限。

发明内容

本发明提供了一种半潜船动力定位系统推进电机控制方法，解决了现有技术中鲁棒性较差的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种半潜船动力定位系统推进电机控制方法，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：