船舶发电用液力恒输出调速控制系统研究

发布时间：2017-10-16 01:01

  本文关键词：船舶发电用液力恒输出调速控制系统研究

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【摘要】：当船舶主机为柴油机时,其运行在推进功率曲线上,且长期处于部分功率工作状态,轴带发电系统可以吸收主机功率裕量用于发电。轴带发电系统主要分为频率补偿型与转速补偿型两种型式。液力调速系统作为转速补偿型的轴带发电系统,将变化的输入转速调制为恒定的输出转速,连接同步发电机进行并网发电。液力调速系统相比于传统轴带发电系统具有更多的优点,不仅解决了船舶主机由于长期处于部分功率工作状态造成的积炭问题,还提高了燃油利用率,降低了润滑油的消耗量,减少了温室气体的排放,增加船舱空间,提高了船舱利用率,改善船舱工作环境,并通过减少柴油发电机数量降低了发电装置的维护费用。液力调速系统已经成功的应用在了德国福伊特公司2MW风机上,说明了液力调速装置在发电行业的实际应用价值和巨大的发展潜力。然而,目前对于液力调速控制系统的研究还相对比较滞后,优良的控制系统能够有效的提升液力调速装置的调速性能、工作范围及发电品质。本文基于康明斯336k W的船舶主机设计了液力调速装置,对液力调速控制系统进行了研究,并了进行了台架试验。研究主要内容与结论如下。(1)基于船舶传动系对液力调速装置进行了设计。确定了液力调速装置的结构形式,根据匹配计算结果得出液力调速装置的相关参数,建立了其动态数学模型。对导叶可调式液力变矩器和液力调速系统的性能进行研究。(2)通过控制策略制定、仿真分析及控制器设计,对液力调速控制系统进行了研究。根据对液力调速装置内部传动特性研究,制定了并联式开环-闭环复合控制策略。搭建了基于Simulink-Recurdyn的机电联合仿真模型,对开环与复合控制策略进行仿真,对仿真结果进行了分析,验证了复合控制策略的先进性。对液力调速控制器进行了设计,基于MC68HC908JB8型号单片机设计了控制器硬件,利用Freescale Code Warrior与MATLAB工具开发了控制器软件系统,并制定了自定义通讯协议,实现与上位机通讯,为台架试验奠定了基础。(3)试制了液力调速装置原理样机,进行了液力恒输出调速控制系统试验研究。基于Lab VIEW开发平台设计了试验测控系统软件,用于数据的采集及控制。在传动试验台上,完成了控制系统台架测试。试验结果表明,基于复合控制策略的液力调速控制系统能够实现变速输入恒速输出,将船舶主机功率裕量用于轴带发电,有效的提升燃油经济性,降低运营成本。最后,通过与仿真结果的对比,验证了机电联合仿真能够较准确地预测试验结果,同时也为仿真模型的改进提供了方向。
【关键词】：轴带发电系统 液力调速控制系统 导叶可调式液力变矩器 复合控制策略
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U665.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 研究背景、目的及意义11-13
• 1.2 液力调速系统研究现状13-18
• 1.2.1 国外研究现状13-16
• 1.2.2 国内研究现状16-18
• 1.3 研究内容18-21
• 第2章 船舶发电用液力恒输出调速系统分析21-41
• 2.1 船舶传动系统与轴带发电系统21-26
• 2.1.1 船舶传动系21-24
• 2.1.2 轴带液力调速发电系统24-26
• 2.2 液力调速装置动态数学模型建立26-34
• 2.2.1 行星齿轮机构模型26-30
• 2.2.2 导叶可调式液力变矩器模型30-34
• 2.3 液力调速装置与船舶主机匹配34-37
• 2.4 液力调速系统发电性能分析37-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第3章 船舶发电用液力恒输出调速控制系统41-59
• 3.1 液力恒输出调速控制策略41-45
• 3.1.1 开环控制策略41-42
• 3.1.2 复合控制策略42-45
• 3.2 基于Simulink与Recurdyn的机电联合仿真分析45-52
• 3.2.1 联合仿真模型建立45-48
• 3.2.2 仿真分析48-52
• 3.3 液力调速控制器硬件与软件及通讯协议设计52-57
• 3.3.1 液力调速控制器硬件设计52-53
• 3.3.2 液力调速控制器软件设计53-54
• 3.3.3 自定义协议设计54-57
• 3.4 本章小结57-59
• 第4章 船舶发电用液力恒输出调速控制系统试验研究59-77
• 4.1 台架试验结构布置及选型59-62
• 4.2 制定试验步骤62-63
• 4.3 试验台测控系统设计63-70
• 4.3.1 测控系统总体设计63-64
• 4.3.2 基于LabVIEW的测控系统程序实现64-70
• 4.4 试验结果及数据分析70-74
• 4.5 试验与仿真结果对比74-75
• 4.6 本章小结75-77
• 第5章 总结与展望77-79
• 5.1 总结77-78
• 5.2 展望78-79
• 参考文献79-85
• 作者简介85-87
• 致谢87

【参考文献】

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本文编号：1039698