小型电力推进船舶推进控制策略优化研究

发布时间：2017-10-22 19:28

  本文关键词：小型电力推进船舶推进控制策略优化研究

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【摘要】：近些年来，随着电力电子技术的发展，交流电机的变频调速技术的日趋成熟，使得船舶电力推进系统在机动性、可靠性、运行效率和推进功率等方面都有了突破性的进展，使船舶电力推进技术的应用领域不断扩大。但是船舶的动态特性具有强耦合、非线性、大时滞和大惯性等特点，并且风、浪和流等外部随机干扰也随着不同海况发生很大变化，如何实现电力推进系统安全可靠高效运行是船舶电力推进系统一个研究热点。我国对电力推进系统的研究起步较晚，与国外现代综合电力推进技术有较大的差距。因此，开展船舶电力推进控制系统及其控制策略的研究，将对船舶电力推进的发展起到一定的促进作用。本文主要针对小型电力推进船舶，，重点研究并优化其电力推进控制策略以及该控制系统的实现。具体来讲，本课题主要进行了以下几项工作： 1．分析了电力推进系统推进模块及负载模块，包括推进电机工作特性、控制模块以及船桨特性；研究了船机桨工况配合并建立了船-桨数学模型； 2．分析总结小型电力推进船舶的推进特性及其控制要求，基于实验室现有船舶综合电力推进控制系统提出了适用于小型电力推进船舶较为全面的优化控制策略；建立了小型电力推进船舶推进控制系统模型； 3．建立了小型电力推进船舶船机桨Matlab/Simulink仿真模型，基于某实船参数对系统在多种操作下的性能进行了仿真研究，仿真结果表明所建立模型对系统操纵性及稳定性都有优化效果； 4．基于本文所提出优化控制策略，应用PLC、变频器和总线控制技术通过对硬件设计设置及软件编程对实验室现有船舶综合电力推进科研平台进行部分功能升级。 最后通过实验平台对仿真结果进行了实验验证，证明了仿真结果的有效性，表明本文所提出的优化控制策略可以提高小型电力推进船舶的操纵性及安全稳定性。
【关键词】：电力推进 控制系统 船机桨匹配 功率控制 转速控制 仿真
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U665.13
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 引言10-16
• 1.1 课题研究背景、来源及意义10
• 1.2 小型船舶电力推进系统简介10-13
• 1.2.1 电力推进系统的组成10-11
• 1.2.2 船舶电力推进的特点11
• 1.2.3 电力推进的关键技术及其应用发展11-13
• 1.3 船舶电力推进国内外研究现状13-15
• 1.3.1 国外船舶电力推进研究现状13-14
• 1.3.2 国内船舶电力推进研究现状14-15
• 1.4 本文主要研究内容15-16
• 第2章 小型电力推进船舶推进系统16-34
• 2.1 推进电动机及其控制技术16-25
• 2.1.1 异步电动机的矢量控制理论16-19
• 2.1.2 三相异步电动机的动态模型简化19-21
• 2.1.3 电压空间矢量 PWM 技术21-25
• 2.2 电力推进系统的负载特性分析25-30
• 2.2.1 螺旋桨的推力和阻转矩25
• 2.2.2 螺旋桨工作特性25-27
• 2.2.3 船舶运动阻力特性27
• 2.2.4 螺旋桨与船体的相互作用27-28
• 2.2.5 船用螺旋桨特性28-29
• 2.2.6 船桨数学模型29-30
• 2.3 电力推进系统与螺旋桨特性配合30-33
• 2.3.1 推进电动机特性要求30-31
• 2.3.2 电机-桨-船工况特性配合31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 电力推进系统推进控制策略研究34-44
• 3.1 电力推进系统的特性及其控制要求34-37
• 3.1.1 电力推进系统的特性34
• 3.1.2 推进电机转速控制34-35
• 3.1.3 电力推进系统推进控制要求35-37
• 3.2 电力推进系统推进控制策略分析37-42
• 3.2.1 逻辑程序控制37-38
• 3.2.2 转速模式与功率模式控制38-40
• 3.2.3 制动与换向控制40-42
• 3.3 电力推进变频调速控制系统设计方案分析42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 小型电力推进船舶推进系统仿真研究44-60
• 4.1 小型电力推进船舶推进系统建模与仿真44-52
• 4.1.1 电力推进控制系统仿真模型的建立44-50
• 4.1.2 小型电力推进船舶推进控制系统仿真与结果分析50-52
• 4.2 船桨系统建模与仿真52-56
• 4.2.1 船桨系统仿真模型的建立52-55
• 4.2.2 船桨运动模型仿真与结果分析55-56
• 4.3 电力推进船舶船-机-桨系统建模与仿真56-59
• 4.3.1 船-机-桨系统仿真模型的建立56-57
• 4.3.2 船机桨模型仿真与结果分析57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 小型船舶综合电力推进科研平台60-71
• 5.1 船舶综合电力推进科研平台介绍60-66
• 5.1.1 推进电机变频调速系统60-66
• 5.1.2 螺旋桨负载模拟系统66
• 5.2 科研平台功能优化66-68
• 5.2.1 硬件功能模块设计与设置66-67
• 5.2.2 优化控制模块软件开发67-68
• 5.3 平台实验数据分析68-70
• 5.3.1 正常航行68-69
• 5.3.2 机动航行69
• 5.3.3 应急操纵69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第6章 结论与展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76
• 附录76-81
• 在学期间发表的学术论文81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1079772