交流变频调速技术在船舶航行控制系统中的应用

《交流变频调速技术在船舶航行控制系统中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、交流变频调速技术在船舶航行控制系统中的应用摘要：本文介绍了利用交流变调速技术在舰船航行控制系统的应用。介绍了以Inte18751单片机为核心，辅相应的外转硬件电路，实现对交流电机变频器的输出频率和三相输出相序实时控制，从而最终实现对船舶航行姿态的监控，这种控制方式结构简单，控制方便，性能良好，是一种非常适应于中、小型船舶的电力拖动推进系统。关键词：交流变调速技术单片机航行控制台1引言船舶航行动力推进主要有两大类。机械传输推进系统和电力拖动推进系统。其中采用电力拖动推进系统的船舶，因其噪音低、污染小、机动灵活，操作方便，易于维修，故多用于

2、供游人参观游览航行在江面或湖面的游艇、游船。由于受电力电子技术发展的约束，时期的电力推进系统的动力源均采用直流电源，随着电子控制技术发展与大功率晶体管的诞生，采用交流电力的船用推进系统已经成为现实。采用分立元件组成的模拟控制电力推进系统，存在诸如设计周期长、连接线路多，焊点多，安装调试复杂以及不宜维修等一系列问题，并且控制精度不高，响应时间慢。引入单片机数字控制的交流变频调速电力推进系统，不但克服了模拟控制系统所存在的诸多问题，并且控制性能优于模拟控制系统。2系统简介2.1系统的设计思路本系统采用船舶自身的柴油发电机组输出的50HZ、A

3、C380V交流电作动力源，由Inte18751单片机为核心，辅以相应的控制程序，来遥控2台交流变频调速器的输出频率和相序，分别驱动船舶的左右异步电动机带动各自的螺旋桨旋转，通过左、右螺旋桨之转向和转速的不同组合，实现船舶作不同速度的前进、后退和转向等各种航行动作，并对船舶在航行过程中的主要参数进行实时监控，对螺旋桨转速同时采用指针仪表和LED数码管动态跟踪显示。对电力推进系统运行中所出现的异常情况及时进行声光报警，以提醒船舶操作人员注意，必要时可以实现自动关机、以确保船舶的航行安全。如果控制系统出现故障时，可以通过操作控制台的工况选择开

4、关、应急操纵旋钮以及备用舵来操作船舶航行。2.2交流变频器的工作原理一般交流变频器均采用AC-DC-AC的工作原理，即工频交流电压经不可控整流和滤波后变成直流电，利用脉宽调制技术（SPWM），以便函获得不同频率的输出电压波形，来驱动不同场合的负载，满足不同的技术条件。2.3单片机控制的船舶用交流电力推进系统的组成单片机控制的船用交流电力推进系统框图如图1所示船舶自备柴油发电机组为整个船舶提供电力和船舶航行的动力。航行控制台根据船舶航行操作指令遥控1#变频器、2#变频器的输出频率和输出相序，再由变频器分别控制左、右交流异步电动机的转速和转

5、向，交流异步电动机通过连轴器同步带动左、右辊旋桨旋转。船舶和各种航行状态就是靠左、右螺旋桨的旋转状态的不同组合来实现的。船舶的航行状态是由航行控制台实时控制，其具体的控制过程是由船舶航行操作人员通过航行控制台的操作键盘来实现的，为了进一步明确船舶航行状态实现方式，现将航行控制台操作按键与左、右螺旋桨旋转状态以及船舶航行状态的对应关系列入表1中。表1航行控制台操作按键与左、右螺旋转状态以及船舶航行状态的对应关系按键名左桨旋转状态右桨旋转状态船舶航向前进顺时针旋转逆时针旋转前进航行后退逆时针针旋转顺时针旋转后退航行左转逆时针针旋转顺时针旋转

6、左转弯航行右转顺时针旋转逆时针旋转右转弯航行加速加速旋转加速旋转加速航行减速减速旋转减速旋转减速航行停止停止旋转停止旋转停止航行急退方向急速反旋转方向急速反旋转航行急速反向航行控制台是交流电力推进系统的控制核心，为此本文着重讨论航行控制台硬件组成构成和软件编程，以及如何利用航行控制台来遥控实现船舶的航行。1航行控制台的系统硬件的设计航行控制台硬件框图见图2所示。3.1单片微型计算机（Inte18751）为了提高系统的抗干扰能力，单片机选用Inte18751单片机，它是航行控制台的整个硬件控制系统的核心，有一个带4KB光擦除只读存储器（E

7、PROM）和256B随机存储器，数据位为八位。Inte18751单片机在本控制系统中主要完成控制过程中所必需的各种数学和逻辑运算、信号处理、逻辑控制以及系统的故障判断和分析等任务。3.2电源模块电源模块由两部分组成，一部分是由220V交流电经过开关电源输出+5V、+12V、-12V直流电，作为控制系统的数学电路的电源；另一部分是船舶蓄电池提供的+24V直流电经过高波纹抑止比稳压器件LM117输出+18V直流电，作为控制系统的模拟电路的电源。电源模块的两部分电源，各自独立，互不影响，提高了整个电路的抗干能力。3.3采样与模/数转换电路由船

8、舶尾部的测速传感器送来的左、右螺旋桨的弱电压信号，分别经过预放大、整形处理后，经电子模拟开关AD7501选通二信号通道的其中一路送到放大器LM218处理，经放大后的转速信号的幅值要求在0V-+5V之间，然后