吊舱推进电机的无模型自适应滑模矢量控制

摘要

为解决半潜船吊舱推进电机控制系统中负载扰动造成的转速跟踪性能差的问题,提出一种基于数据驱动的吊舱推进电机转速矢量控制方法;对包含未知负载扰动的推进电机转速方程进行离散化处理,给出关于输出转速与输入电流离散后的非线性转速系统;由于非线性转速系统方程中变量较多且负载扰动模型未知,设计了基于数据驱动的无模型自适应控制器,并给出了伪偏导数估计算法;采用滑模观测器观测螺旋桨负载扰动,同时给出了滑模控制器;结合无模型自适应控制和滑模控制给出了负载扰动下的无模型自适应滑模(MFASM)控制方案;构建了吊舱推进电机无模型自适应滑模矢量控制调速系统,并在MATLAB/Simulink环境下给出了仿真结果。研究结果表明:在船舶正常作业恒定转速下,在0.3~0.5 s时间区域内,采用MFASM矢量控制方案和PI矢量控制方案的吊舱推进电机的转速误差分别为2、6 r·min^-1;在0.8~1.0 s时间区域内,采用无模型自适应滑模矢量控制方案和PI矢量控制方案的吊舱推进电机的转速误差分别1、3 r·min^-1;对于船舶操车作业的可变转速情形,采用MFASM矢量控制方案的推进电机转速和转矩达到稳态的时间比PI矢量控制方案少0.01~0.03 s。可以看出,采用MFASM矢量控制方案可改善吊舱推进电机转速跟踪性能,是一种有效的抑制负载扰动的数据驱动控制方法。