[发明专利]一种螺旋桨负载下电力推进器动力学响应的仿真方法

权利要求书

1.一种螺旋桨负载下电力推进器动力学响应的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建仿真系统；所述的仿真系统包括变频器模块、异步电机模块、减速器模块、进速系数计算器模块和螺旋桨模块；

步骤2：将推进器的期望转速输入到变频器模块，变频器模块输出变频变幅的三相交流电压；

其中，f为输出频率，n_a为期望转速，n_e为额定转速；A_m为输出电压幅值，A_e为额定幅值；t为运行时间；

步骤3：将变频变幅的三相交流电压输入到异步电机模块，得到电机转速和电磁转矩；

步骤4：将螺旋桨进速和螺旋桨实时转速输入到进速系数计算器模块中，得到螺旋桨的进速系数J、推力系数K_T和转矩系数K_Q；

螺旋桨的进速系数为：

其中，V为螺旋桨进速；D为螺旋桨直径；n为螺旋桨实时转速；

推力系数为：

转矩系数为：

步骤5：将异步电机模块输出的电机转速ω和电磁转矩T_e输入到减速器模块，得到经减速器模块后异步电机的转速n₀和经减速器模块后异步电机的电磁转矩T₀；将经减速器模块后异步电机的转速n₀、电磁转矩T₀、推力系数K_T、转矩系数K_Q和上一时刻的螺旋桨转矩M₀一同输入到螺旋桨模块，得到螺旋桨转速n、螺旋桨转矩M和螺旋桨输出推力T；

螺旋桨转速为：

螺旋桨的输出推力为：

T＝K_Tρn²D⁴

螺旋桨的转矩为：

M＝K_Qρn²D⁵

其中，B_m为阻尼系数；ρ为海水密度；

步骤6：将螺旋桨模块输出的螺旋桨转矩M反馈到减速器模块中，得到减速器模块减速后的螺旋桨转矩；将经减速器模块减速后的螺旋桨转矩，反馈到异步电机模块来作为异步电机模块的机械输入，实现异步电机模块对螺旋桨模块输出转速及推力的调节；

步骤7：将螺旋桨实时进速变化的曲线方程输入到进速模块中，重复步骤4至步骤6进行实时计算，得到螺旋桨负载变化情况下的电力推进系统的动力学响应。

2.根据权利要求1所述的一种螺旋桨负载下电力推进器动力学响应的仿真方法，其特征在于：所述的步骤3中将变频变幅的三相交流电压输入到异步电机模块，得到电机转速和电磁转矩的方法具体为：

将拥有三相电压输入的异步电机模块，通过转子侧线圈转化到定子侧，进行三项-两项变换，再引入一个额外的输入量ω₁，转换到旋转正交坐标系d、q上可得：

磁链方程：

电压-电流方程：

电磁转矩方程：

T_e＝n_pL_m(i_sqi_rd-i_sdi_rq)

电力拖动系统的运动方程：

选取转速ω、定子电流i_s和转子磁链ψ_r作为状态变量，获得以ω-i_s-ψ_r为状态变量的状态方程；

状态变量：

X＝[ω ψ_rd ψ_rq i_sd i_sq]^T

输入变量：

U＝[u_sd u_sq ω₁ T_L]^T

输出变量：

Y＝[ω ψ_r]^T

转子电磁时间常数：

电动机漏磁系数：

状态方程：

输出方程：

通过动态结构图得到异步电机的实时输出转速，通过电磁转矩方程得到电磁转矩，实现异步电机模块的电机转速和电磁转矩的输出。