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论船舶电力推进系统电机组的三维模糊控制 　　摘 要：文章将从数学模型的构建入手，深入分析并研究三维模糊控制在船舶电力推进系统中的应用。 　　关键词：船舶电力推进；电机组；三维模糊控制 　　前言：近年来，科学技术在船舶业中的应用，加快了船舶业现代化、信息化进程。电力推进系统作为船舶运行的重要基础和前提，当前推进系统已经取消了大量变速齿轮箱，将螺旋桨轴系与电机连接到一起，以此来降低电力推进系统运行产生的噪声，在很大程度上提升了船舶的隐蔽性。但受到海浪的影响，螺旋桨、船体之间存在随机扰动等问题，不利于推进电机控制功能的有效发挥。而三维模糊控制作为一种崭新的控制方式，具有灵活性、针对性等优势，在推进系统中的应用，能够赋予推进系统更强的控制力。因此加强对该问题的研究具有非常重要的理论意义。 　　1、数学模型的构建 　　当前，船舶中应用的推进控制系统在实际运行中，将给定与实际转速输入到控制器当中，控制两相旋转坐标系下的定子侧电流。经过坐标旋转后变换电路对电流进行相应的调节，作用到空间矢量控制模块当中，能够带动螺旋桨，进而对船舶产生强大的推力，推动船舶向前运行。 　　了解螺旋桨动力特点，能够帮助我们更加深入地掌握推进系统运行机理。螺旋桨作为船舶运行不可缺少的一部分。螺旋桨在敞水中，其特性可以通过推力无因次系数与转桨力矩无因次系数来表述： 　　KT=KTO+KTJJ 　　KQ=KQO+KQJJ 　　J=VA2π/（ndp） 　　按照上述公式，能够计算出螺旋桨布置在船体当中流体是否均匀。如果在桨盘面范围内，流速变化幅度加大，将会促使螺旋桨产生更加强大的推力、力矩[1]。因此基于横荡引起半流对螺旋桨推力、力矩产生的影响，我们应计算出平均流速，为推力系统的设计提供科学依据，促使系统控制器能够充分发挥积极作用。 　　2、三维模糊控制策略 　　2.1三维模糊集 　　通常情况下，传统船舶电力推进系统中，电机转速会采用检测装置进行控制。但是受到扰动因素的影响，为了进一步提升控制效果，可以在螺旋桨轴系中设置多个检测装置，实现对系统运行的实时监督和控制，以此来获取更好的控制效果。反映到模糊控制器上时，多个检测装置能够体现出空间信息，因此在传统二维模糊控制策略基础上，我们可以尝试增加空间维度，以此来构建三维模糊控制策略，为船舶良好运行提供更多支持。 　　2.2电机组三维模糊控制器结构设计 　　相比较传统控制器，在结构上，三维模糊控制增加了一维，发生了根本性变化。按照基本控制结构来看，各个部分都具有独特性。详细来说： 　　第一，模糊化。三维模糊控制器输入为螺旋桨电机转速偏差，要想将偏差控制在合理范围内，需要加强对其精度的计算，获取达到精确的数值后，再开展实践工作。 　　第二，规则库。对于规则库的设计，我们可以采用“If-Then”推理模型，即对第k条规则设计如下： 　　Rk：Ifx1（z） 　　在实践中，对于三维模糊控制器的输出计算，其模糊集与论域输出量具有一致性。因此根据实际情况能够获得系统的模糊规则表。 　　第三，信息融合。作为关键环节，信息融合主要是将三维模糊输入转变为集合形式的过程。三维模糊集由输入、规则条件构成，因此可以定义为： 　　Vk=Ax0（M1...MN） 　　其中公式中的0代表的是合成运算，采用取极大极小值的方法进行计算。 　　第四，降维。所谓降维，主要是指将船舶电力推进电机组转速检测装置得到的三维信息转变为二维信息[2]。在特定情况下，三维模糊隶属度函数可以视为空间二维函数的组合。经过此调整后，推进系统自身能够更好地运行，减少系统冗余，且能够在很大程度上节省优化成本。 　　第五，推理。推理实践操作中，我们主要采用Mamdani极大极小推理方式，对于K条规则，最终推理出来的模糊集为： 　　2.3仿真试验 　　采用上面的三维模糊控制器对船舶电力推进电机组进行控制仿真。我们将假设两种情形： 　　A：有义波高2.5m，船速为15.7kn，遭遇角为30°。 　　B：有义波高5m，船速为17kn，遭遇角为90°。 　　经过实验后，受到三维模糊控制器定参数的影响，海浪对船舶稳定运行产生的影响较大，且稳定时间、超调量等远远高于三维模糊控制器的控制效果，稳态中控制效果不够理想。从控制效果来看，三维模糊控制器在减小稳定时间、超调量表现较好，且在海浪随机扰动作用下，具有较好的鲁棒性。 　　通过对比两种情况，不同的情况下，三维模糊控制器能够确保船舶始终保持在最佳状态当中，且摇角控制在0.26°以内，使得船舶能够在制定航速下，按照既定的方向航行[3]。因此三维模糊控制器可以广泛应用在船舶控制器当中，以此来提高船舶自身性能。 　　结论：根据上文所述，船舶作为我国水上交通运输等前提和基础，其运行安全、稳