船舶發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷性能測(cè)試，是船體制造過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。相對(duì)于人工手動(dòng)操作進(jìn)行測(cè)試，采用模糊方式實(shí)現(xiàn)負(fù)荷功率的自動(dòng)控制，極大的促進(jìn)了船舶制造工藝的自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
    鹽水缸是船舶發(fā)電機(jī)組在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)常用的負(fù)荷設(shè)備，在進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，往往會(huì)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(yàn)。目前而言，大多數(shù)船廠在進(jìn)行復(fù)合型檢測(cè)時(shí)，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(shí)長(zhǎng)、數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。結(jié)合鹽水缸的實(shí)際情況，針對(duì)發(fā)電機(jī)組在試驗(yàn)過(guò)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(dòng)控制。而且，具有時(shí)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(gè)部分組成，分別是：PLC控制器、電抗器、2個(gè)水電阻負(fù)荷缸。就國(guó)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(dòng)，極板進(jìn)行升降。這種方法在運(yùn)行過(guò)程中可靠性不好，極板的升降容易使機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)發(fā)生故障。
    而本文中設(shè)計(jì)的鹽水缸負(fù)荷系統(tǒng)采用氣壓儲(chǔ)水式，即極板不動(dòng)，通過(guò)液位的高度調(diào)節(jié)，來(lái)改變極板與水電阻的接觸面積，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(chǔ)蓄缸里裝滿(mǎn)了鹽水。當(dāng)負(fù)荷需要增加的時(shí)候，充氣的電磁閥就會(huì)打開(kāi)，向儲(chǔ)備缸內(nèi)充氣。經(jīng)過(guò)充氣之后的儲(chǔ)備缸氣壓會(huì)增加，在氣壓的作用下，有一部分的水就會(huì)通過(guò)連接的水管進(jìn)入到工作缸內(nèi)。正因?yàn)檫@個(gè)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(huì)停止向工作缸內(nèi)注水，于是極板和鹽水的接觸面積就會(huì)成為一個(gè)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(chǔ)備缸上放氣的電磁閥就會(huì)打開(kāi)，工作缸內(nèi)的水面比儲(chǔ)備缸的水面要高，鹽水在重力的作用下就會(huì)返回到儲(chǔ)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(shí)間和常數(shù)比較大，再加上沒(méi)有自動(dòng)平衡的能力，工作干擾因素多，對(duì)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(shí)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(dòng)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的控制就會(huì)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(shí)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(guò)伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)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(shí)，會(huì)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(shí)，能夠在一定的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)無(wú)功電流大小的目的，并且不會(huì)影響有功電流的調(diào)節(jié)。
    水電阻負(fù)荷功率自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    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(dòng)態(tài)性能觀測(cè)，就可以使用二維模糊控制器。
    電流互感器在工作過(guò)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(guò)電流變送器，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成為4—20mA信號(hào)，這是PLC模擬輸入模塊能夠識(shí)別的。模糊控制器通過(guò)PLC的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。
    模糊控制器通過(guò)將實(shí)際電流和給定電流進(jìn)行比較后，得出偏差信號(hào)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(huì)把傳感器的輸入轉(zhuǎn)換成知識(shí)庫(kù)能夠識(shí)別的變量。現(xiàn)場(chǎng)操作人員制定出模糊規(guī)則，經(jīng)過(guò)解開(kāi)模糊的過(guò)程，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)充氣、放氣電磁閥的開(kāi)關(guān)和脈沖時(shí)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(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    電抗器的性質(zhì)是線性電抗器，它的特點(diǎn)有三個(gè)：第一，不會(huì)造成電源的波形發(fā)生畸變；第二，不會(huì)產(chǎn)生任何的電磁干擾；第三，不會(huì)被電磁波所干擾。
    鹽水缸功率自動(dòng)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(duì)鹽水缸的電流值、液位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而方便觀察鹽水缸自動(dòng)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(cè)試中，針對(duì)水電阻負(fù)荷擾動(dòng)較大的特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)和計(jì)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(lái)帶動(dòng)電抗器的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，能夠準(zhǔn)確地輸出輸入無(wú)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。