一种自动电压调节器控制参数预整定方法及装置与流程

本技术涉及船舶电力系统控制领域，尤其是涉及一种自动电压调节器控制参数预整定方法及装置。

背景技术：

1、硅整流发电机(silicon rectifying generator)是指三相同步交流发电机经硅二极管整流后输出直流电，是一种新型发电机。是船舶中压直流综合电力系统的主要发电设备。船用硅整流发电机自动电压调节器用于对船载硅整流发电机组进行发电及负荷控制，其控制性能直接影响到船舶中压直流综合电力系统的稳定和系统性能，是系统中的关键设备。船载硅整流发电机组对自动电压调节器的控制性能要求很高，对瞬态响应及稳态响应以及负荷控制能力都要求苛刻。

2、自动电压调节器控制参数初始状态一般为厂家默认值，首次起机时无法确认控制效果。目前船用硅整流发电机自动电压调节器控制参数整定主要是在发电机启动后根据经验及试验试凑的方法来进行整定，设定一组参数后进行阶跃试验通过试验结果修正参数，然后再进行阶跃试验观察效果如此循环直至达到可接受的效果。参数整定需要耗费大量时间，且整定过程严重依赖人员素质，整定效果很难达到理想状态。而且这种方式严重依赖人员素质，对技术人员经验要求高，风险大且耗时耗力很难达到理想状态。而船用硅整流发电机作为一种较新的发电机，掌握其配套的自动电压调节器参数调整方式且经验丰富的技术人员匮乏，传统参数调整方式的劣势更加明显。

3、因此，如何提供一种不依赖操作者经验及大量试验试凑，在船用整流发电机组启动前根据发电机组参数按照一定算法对自动电压调节器控制参数进行预整定方法，是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本技术提供了一种自动电压调节器控制参数预整定方法及装置，不依赖操作者经验及大量试验试凑，在发电机组启动前根据发电机组参数建立机组数学模型并按照一定算法通过计算的方法对自动电压调节器控制参数进行预整定的方法。使发电机首次启动时，即可直接以良好的性能运行几乎无需调试。参数的计算和设置方便快捷，可靠性高。避免由于自动电压调节器默认参数与发电机组匹配度差而造成控制不稳定进而损伤发电机组。最终达到节省机组调试时间，降低风险，减少机组调试成本，提高机组性能的目的。

2、第一方面，本技术提供一种自动电压调节器控制参数预整定方法，应用于船用硅整流发电机，所述方法包括：

3、建立硅整流发电机组的数学模型，并获取所述数学模型中的相关参数；

4、获取发电机组所需要的开环增益，并计算控制单元的增益系数；

5、制作校正环节仅含所述控制单元的增益系数时发电机组的伯德图；

6、确定发电机组所需要的动态增益，并计算中间参数值；

7、基于所述伯德图和所述中间参数值，计算发电机组系统加入校正环节后的增益交界频率；根据所述增益交界频率计算得到校正环节参数。

8、可选的，所述硅整流发电机组包括呈环路连接的四个机组组成单元，分别为励磁机及旋转整流盘、交流发电机、整流单元、自动电压调节器，所述建立硅整流发电机组的数学模型的步骤，具体包括：

9、将所述机组组成单元抽象成数学模型，具体为：

10、将所述励磁机及旋转整流盘抽象为：

11、

12、其中，se为励磁机饱和系数，ke为励磁机自励系数，tea为励磁机定子开路转子时间常数，s为复参变量；

13、将所述交流发电机抽象为：

14、

15、其中，tga为交流发电机定子开路转子时间常数；

16、将所述整流单元抽象为：

17、

18、其中，trec为整流单元时间常数，krec为整流单元增益系数；

19、将所述自动电压调节器的控制单元抽象为：

20、

21、其中，tl1、tl2为控制单元滞后校正环节参数，tl3、tl4为控制单元超前校正环节参数，kc为控制单元的增益系数。

22、自动电压调节器的功率单元：其中，tpa为功率单元时间常数，kpa为功率单元增益系数。

23、自动电压调节器的测量单元：其中，tmr为测量单元时间常数，kmr为测量单元增益系数；

24、按照环路连接的连接顺序，将抽象后的机组组成单元进行连接，得到硅整流发电机组整体的数学模型。

25、可选的，所述获取所述数学模型中的相关参数的步骤，具体包括：

26、通过发电机厂家的设计及试验数据获取发电机相关参数se、ke、tea、tga、trec、krec的具体数值；

27、从调节器厂家获取自动电压调节器参数tpa、kpa、tmr、kmr的具体数值；

28、kc、tl1、tl2、tl3、tl4为待计算的自动电压调节器的校正环节参数。

29、可选的，所述获取发电机组所需要的开环增益，并计算控制单元的增益系数的步骤，具体包括：

30、根据要求的发电机调压精度e0和开环增益k0之间的关系计算开环增益k0，其中xgd为发电机的同步电抗；

31、根据开环增益k0和控制单元的增益系数kc之间的关系

32、k0＝kc·kmr·kpa·krec计算控制单元的增益系数kc。

33、可选的，所述制作校正环节仅含所述控制单元的增益系数时发电机组的伯德图的步骤，具体包括：

34、得到校正环节仅含kc时的发电机组开环传递函数，具体为：

35、

36、根据所确定的发电机组开环传递函数g(s)作出对应的伯德图。

37、可选的，所述确定发电机组所需要的动态增益，并计算中间参数值的步骤，具体包括：

38、根据所需要动态增益kd和已经计算得到的开环增益k0，计算中间参数值tl1/tl2：

39、

40、可选的，所述计算发电机组系统加入校正环节后的增益交界频率的步骤，具体包括：计算新的增益交界频率的增益km；

41、

42、其中，β的定义为tl2/tl1，α的定义为tl4/tl3；通过所述中间参数值计算得到β的值，通过相位补偿角φm和α的关系计算得到α的值；

43、在所述伯德图中的幅频特性曲线上确定与km对应的频率值，即为发电机组系统加入校正环节后的增益交界频率ωm。

44、可选的，所述根据所述增益交界频率计算得到校正环节参数的步骤，具体包括：

45、根据所述增益交界频率ωm与校正环节参数tl1、tl2、tl3、tl4之间的关系，分别计算tl1、tl2、tl3、tl4的数值，具体为：

46、

47、tl4＝αtl3；

48、

49、tl2＝βtl1。

50、第二方面，本技术提供一种自动电压调节器控制参数预整定装置，应用于船用硅整流发电机，所述装置包括：

51、模型建立单元，用于建立硅整流发电机组的数学模型，并获取所述数学模型中的相关参数；第一计算单元，用于获取发电机组所需要的开环增益，并计算控制单元的增益系数；

52、图形制作单元，用于制作校正环节仅含所述控制单元的增益系数时发电机组的伯德图；

53、第二计算单元，用于确定发电机组所需要的动态增益，并计算中间参数值；

54、第三计算单元，用于基于所述伯德图和所述中间参数值，计算发电机组系统加入校正环节后的增益交界频率；

55、第四计算单元，用于根据所述增益交界频率计算得到校正环节参数。

56、第三方面，本技术提供一种电子设备，包括：

57、一个或多个处理器；

58、存储器；

59、一个或多个应用程序，其中所述一个或多个应用程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序配置用于执行如第一方面所述的方法。

60、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

61、1.通过在机组试验前建立船用硅整流发电机组系统的数学模型，并按照一定算法对自动电压调节器控制参数进行数学计算，实现自动电压调节器参数预整定。

62、2.本发明可实现不依赖操作者经验及大量试验试凑，通过数学计算的方法，借助计算机可快速准确计算出合适的控制参数。

63、3.发电机首次启动时，即可直接以较好的性能运行。可节省大量调试时间避免由于自动电压调节器默认参数与发电机组匹配度差而造成控制不稳定甚至失控进而损伤发电机组。

64、4.本发明可节省机组调试时间，降低风险，减少机组调试成本，提高机组性能。