船舶發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷性能測試，是船體制造過程中的一個重要環(huán)節(jié)。相對于人工手動操作進(jìn)行測試，采用模糊方式實(shí)現(xiàn)負(fù)荷功率的自動控制，極大的促進(jìn)了船舶制造工藝的自動化進(jìn)程。本文介紹了鹽水缸負(fù)荷系統(tǒng)，闡述了鹽水缸功率、水電阻負(fù)荷功率、電抗器功率的自動控制系統(tǒng)設(shè)計。
鹽水缸是船舶發(fā)電機(jī)組在進(jìn)行試驗時常用的負(fù)荷設(shè)備，在進(jìn)行負(fù)荷試驗時，往往會消耗大量的電能。如果能夠?qū)⑦@部分電能利用在電網(wǎng)中，就能夠?qū)Υ罅康娜剂舷倪M(jìn)行補(bǔ)償。但是，這樣做的前提條件是需要一套復(fù)雜的變換設(shè)備，并且不能進(jìn)行突加負(fù)荷試驗。目前而言，大多數(shù)船廠在進(jìn)行復(fù)合型檢測時，依然采用人工操作的方法。傳統(tǒng)的人工操作缺點(diǎn)在于用時長、數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。結(jié)合鹽水缸的實(shí)際情況，針對發(fā)電機(jī)組在試驗過程中的電抗器和水電阻的負(fù)荷特點(diǎn)，使用模糊控制的方法能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷功率的自動控制。而且，具有時間短、超調(diào)量少、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。
鹽水缸負(fù)荷系統(tǒng)
鹽水缸負(fù)荷系統(tǒng)由三個部分組成，分別是：PLC控制器、電抗器、2個水電阻負(fù)荷缸。就國內(nèi)的水電阻負(fù)荷缸而言，通常使用鋼絲式的結(jié)構(gòu)，工作方式是水面不動，極板進(jìn)行升降。這種方法在運(yùn)行過程中可靠性不好，極板的升降容易使機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)發(fā)生故障。
而本文中設(shè)計的鹽水缸負(fù)荷系統(tǒng)采用氣壓儲水式，即極板不動，通過液位的高度調(diào)節(jié)，來改變極板與水電阻的接觸面積，從而實(shí)現(xiàn)對電流大小的控制。功率大小和電流大小是正相關(guān)的關(guān)系，所以控制電流的大小，就能夠控制負(fù)荷功率的大小。
工作缸內(nèi)布置有工作極板，儲蓄缸里裝滿了鹽水。當(dāng)負(fù)荷需要增加的時候，充氣的電磁閥就會打開，向儲備缸內(nèi)充氣。經(jīng)過充氣之后的儲備缸氣壓會增加，在氣壓的作用下，有一部分的水就會通過連接的水管進(jìn)入到工作缸內(nèi)。正因為這個原因，增加了工作極板和鹽水的接觸面積，從而增加了工作負(fù)荷。當(dāng)負(fù)荷達(dá)到了工作要求后，就會停止向工作缸內(nèi)注水，于是極板和鹽水的接觸面積就會成為一個固定值，從而促進(jìn)負(fù)荷的穩(wěn)定。如果想要減小負(fù)荷，儲備缸上放氣的電磁閥就會打開，工作缸內(nèi)的水面比儲備缸的水面要高，鹽水在重力的作用下就會返回到儲備缸里。于是，極板和水面的接觸面積變小，促使荷載下降。
水電組負(fù)荷的調(diào)節(jié)具有延遲性，而且延遲時間和常數(shù)比較大，再加上沒有自動平衡的能力，工作干擾因素多，對象的模型不容易確定導(dǎo)致可控性差。所以，使用傳統(tǒng)的PID方法，在系統(tǒng)穩(wěn)定的時候能夠有比較好的效果。但是，一旦負(fù)荷處于比較大的波動時，對系統(tǒng)的控制就會產(chǎn)生麻煩。在這種情況下，選擇使用模糊控制方法，能夠克服系統(tǒng)的非線性特性和時變特性，大大提高控制效果。
電抗器的選用是TKS型可調(diào)式，它能夠通過伺服電動機(jī)帶動傳動機(jī)構(gòu)，然后促使調(diào)壓器的定子和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一定的角度位移，從而改變電抗器內(nèi)部繞組的合成有效匝數(shù)。同時，會使電抗器的等值電阻發(fā)生變化，在調(diào)節(jié)電抗阻值的同時，能夠在一定的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)無功電流大小的目的，并且不會影響有功電流的調(diào)節(jié)。
水電阻負(fù)荷功率自動控制系統(tǒng)的設(shè)計
水電阻負(fù)荷的干擾因素多，變化大，想要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)性能觀測，就可以使用二維模糊控制器。
電流互感器在工作過程中，能夠?qū)?shí)際的電流值從0到5A進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然后，通過電流變送器，將電流信號轉(zhuǎn)換成為4—20mA信號，這是PLC模擬輸入模塊能夠識別的。模糊控制器通過PLC的編程來實(shí)現(xiàn)。
模糊控制器通過將實(shí)際電流和給定電流進(jìn)行比較后，得出偏差信號e和變化率ec，將精確的輸入數(shù)字轉(zhuǎn)化為模糊的隸屬函數(shù)，于是就會把傳感器的輸入轉(zhuǎn)換成知識庫能夠識別的變量。現(xiàn)場操作人員制定出模糊規(guī)則，經(jīng)過解開模糊的過程，就能實(shí)現(xiàn)對充氣、放氣電磁閥的開關(guān)和脈沖時間的控制。于是，水電阻的大小得到調(diào)整，負(fù)荷電流的大小和功率大小就能夠得到有效控制。
電抗器功率自動控制系統(tǒng)的設(shè)計
電抗器的性質(zhì)是線性電抗器，它的特點(diǎn)有三個：第一，不會造成電源的波形發(fā)生畸變；第二，不會產(chǎn)生任何的電磁干擾；第三，不會被電磁波所干擾。
鹽水缸功率自動控制系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)
在監(jiān)控界面中設(shè)定鹽水缸的電流值，并且將其發(fā)送給控制器PLC，就能夠?qū)崿F(xiàn)對鹽水缸的電流值、液位進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，從而方便觀察鹽水缸自動控制的效果。
綜上所述，在船舶發(fā)電機(jī)組負(fù)荷性能的測試中，針對水電阻負(fù)荷擾動較大的特點(diǎn)，通過設(shè)計和計算采用模糊控制的方法能夠減小超調(diào)量，實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)流的目標(biāo)。采用控制電機(jī)來帶動電抗器的傳動結(jié)構(gòu)，能夠準(zhǔn)確地輸出輸入無功電流。在相關(guān)的實(shí)踐中，這種方法顯示出良好的效果，值得推廣使用。
