混合动力船舶模式切换过程力矩协调控制
发布时间：2020-07-01 01:42
【摘要】：针对混合动力船舶的模式切换过程中可能出现的扭转波动,传动轴剧烈冲击和离合器过度磨损问题,提出基于模型参考控制(MRC)的力矩协调控制策略。首先建立动力传动系统动力学模型,基于此推导出电机单独推进模式的动力学模型,并作为参考模型;然后设计MRC力矩协调控制策略。仿真结果表明,与传统的模式切换方式相比,MRC控制可改善动力中断和轴系剧烈冲击,而且显著减小离合器滑摩功。敏感性分析给出了外部干扰和执行机构噪声对控制品质的影响。
【图文】：
切换引起的冲击，模型忽略了弹性元件。在本文研究的模式切换过程中，电动／发电机在电动模式工作，故称该模块为电机。基于集中质量假设，图２所示为混合动力系统的动力学模型。由图２可以看出，ＴＤ、ＴＭ／Ｇ、Ｔｐｒｏ、Ｔｆ和Ｔｃ分别为柴油机输出力矩、电机输出力矩、（ａ）电机推进模式（ｂ）混合推进模式（ｃ）柴油机推进模式图１混合动力推进工作模式Ｆｉｇ．１Ｈｙｂｒｉｄｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎｏｐｅｒａｔｉｎｇｍｏｄｅ（ａ）完整模型（ｂ）简化模型图２混合动力船舶传动系统动力学模型Ｆｉｇ．２Ｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｆｏｒｐｏｗｅｒｔｒａｉｎｏｆｈｙｂｒｉｄｓｈｉｐ螺旋桨负载力矩、柴油机阻力矩和离合器传递力矩；ＪＤ、ＪＭ／Ｇ、Ｊｐｒｏ、Ｊｃ＿Ａ、Ｊｃ＿Ｂ、Ｊｇ１和Ｊｇ２分别为柴油机、电机、螺旋桨、离合器Ａ轴、离合器Ｂ轴、耦合器齿轮组１和齿轮组２的转动惯量；ω１、ω２、ωＭ／Ｇ和ωｐｒｏ分别为轴Ａ角速度（即柴油机动力输·２８６０·中国机械工程第２８卷第２３期２０１７年１２月上半月
２ＴＤ（ｔ）－Ｊ１Ｊ１＋Ｊ２Ｔ－Ｍ／Ｇ（ｔ）－Ｊ２Ｊ１＋Ｊ２Ｔｆ（ｔ）＋Ｊ１Ｊ１＋Ｊ２Ｔ－ｐｒｏ（ｔ）（７）１．４参考模型以电机推进模式的动力学模型为参考模型，电机输出力矩为船舶在符合航行需求的推进力矩ＴＭ／Ｇ＿ｃｍｄ，离合器断开时，其参考模型见图３。可得到其动力学方程如下：Ｊ２ω·ｍ（ｔ）＝Ｔ－Ｍ／Ｇ＿ｃｍｄ（ｔ）－Ｔ－ｐｒｏ（ｔ）（８）图３参考模型Ｆｉｇ．３ＲｅｆｅｒｅｎｃｅｍｏｄｅｌＴ－Ｍ／Ｇ＿ｃｍｄ＝ｉ１ｉ２ＴＭ／Ｇ＿ｃｍｄ（９）式中，ωｍ（ｔ）为参考模型中轴Ｂ角速度。２模型参考控制器设计定义状态变量ｘｐ１（ｔ）、ｘｐ２（ｔ），控制输入ｕ１（ｔ）、ｕ２（ｔ）、ｕ３（ｔ），系统输出ｙｐ１（ｔ）、ｙｐ２（ｔ），以及扰动变量ｄ１（ｔ）、ｄ２（ｔ），其表达式分别如下：ｘｐ１（ｔ）＝ω１（ｔ）ｘｐ２（ｔ）＝ω２（ｔ）｝（１０）ｕ１（ｔ）＝ＴＤ（ｔ）ｕ２（ｔ）＝Ｔ－Ｍ／Ｇ（ｔ）ｕ３（ｔ）＝Ｔｃ（ｔ）p蚿蘰危ǎ保保穑保ǎ簦剑穑保ǎ簦穑玻ǎ簦剑穑玻ǎ簦ǎ保玻洌保ǎ簦剑裕妫ǎ簦洌玻ǎ簦剑裕穑颍铮ǎ簦ǎ保常┢渲校
本文编号：2736115
【图文】：
切换引起的冲击，模型忽略了弹性元件。在本文研究的模式切换过程中，电动／发电机在电动模式工作，故称该模块为电机。基于集中质量假设，图２所示为混合动力系统的动力学模型。由图２可以看出，ＴＤ、ＴＭ／Ｇ、Ｔｐｒｏ、Ｔｆ和Ｔｃ分别为柴油机输出力矩、电机输出力矩、（ａ）电机推进模式（ｂ）混合推进模式（ｃ）柴油机推进模式图１混合动力推进工作模式Ｆｉｇ．１Ｈｙｂｒｉｄｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎｏｐｅｒａｔｉｎｇｍｏｄｅ（ａ）完整模型（ｂ）简化模型图２混合动力船舶传动系统动力学模型Ｆｉｇ．２Ｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｆｏｒｐｏｗｅｒｔｒａｉｎｏｆｈｙｂｒｉｄｓｈｉｐ螺旋桨负载力矩、柴油机阻力矩和离合器传递力矩；ＪＤ、ＪＭ／Ｇ、Ｊｐｒｏ、Ｊｃ＿Ａ、Ｊｃ＿Ｂ、Ｊｇ１和Ｊｇ２分别为柴油机、电机、螺旋桨、离合器Ａ轴、离合器Ｂ轴、耦合器齿轮组１和齿轮组２的转动惯量；ω１、ω２、ωＭ／Ｇ和ωｐｒｏ分别为轴Ａ角速度（即柴油机动力输·２８６０·中国机械工程第２８卷第２３期２０１７年１２月上半月
２ＴＤ（ｔ）－Ｊ１Ｊ１＋Ｊ２Ｔ－Ｍ／Ｇ（ｔ）－Ｊ２Ｊ１＋Ｊ２Ｔｆ（ｔ）＋Ｊ１Ｊ１＋Ｊ２Ｔ－ｐｒｏ（ｔ）（７）１．４参考模型以电机推进模式的动力学模型为参考模型，电机输出力矩为船舶在符合航行需求的推进力矩ＴＭ／Ｇ＿ｃｍｄ，离合器断开时，其参考模型见图３。可得到其动力学方程如下：Ｊ２ω·ｍ（ｔ）＝Ｔ－Ｍ／Ｇ＿ｃｍｄ（ｔ）－Ｔ－ｐｒｏ（ｔ）（８）图３参考模型Ｆｉｇ．３ＲｅｆｅｒｅｎｃｅｍｏｄｅｌＴ－Ｍ／Ｇ＿ｃｍｄ＝ｉ１ｉ２ＴＭ／Ｇ＿ｃｍｄ（９）式中，ωｍ（ｔ）为参考模型中轴Ｂ角速度。２模型参考控制器设计定义状态变量ｘｐ１（ｔ）、ｘｐ２（ｔ），控制输入ｕ１（ｔ）、ｕ２（ｔ）、ｕ３（ｔ），系统输出ｙｐ１（ｔ）、ｙｐ２（ｔ），以及扰动变量ｄ１（ｔ）、ｄ２（ｔ），其表达式分别如下：ｘｐ１（ｔ）＝ω１（ｔ）ｘｐ２（ｔ）＝ω２（ｔ）｝（１０）ｕ１（ｔ）＝ＴＤ（ｔ）ｕ２（ｔ）＝Ｔ－Ｍ／Ｇ（ｔ）ｕ３（ｔ）＝Ｔｃ（ｔ）p蚿蘰危ǎ保保穑保ǎ簦剑穑保ǎ簦穑玻ǎ簦剑穑玻ǎ簦ǎ保玻洌保ǎ簦剑裕妫ǎ簦洌玻ǎ簦剑裕穑颍铮ǎ簦ǎ保常┢渲校
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