伴有光伏特性的船舶姿态优化控制研究

发布时间：2020-08-14 07:10

【摘要】：伴随着社会的不断发展,不可再生能源消耗的水平持续扩增,生态环境的改善存在迫切性,节能减排逐渐演变为学术界的热门话题。世界范围内各大航运公司也在这方面给予了高度的关注,并致力于研究新技术和方法减少现有能源消耗和开发新型生态能源。太阳能和风能等具有代表性的绿色能源在这种形势下逐渐发展为船舶行业的重要能源,而太阳能作为一种在未来很长时间不用担心枯竭的新型无污染能源成为能源研究方向的重点。全世界有关方面学者都在探讨如何将太阳能利用到船舶中,用来减少船舶有害气体的排放。本文主要的研究内容如下:首先,通过对在海上行驶的船舶进行受力分析,推导并建立舵鳍联合减摇控制系统数学模型。同时,通过研究太阳辐射原理以及船舶运动姿态对船上光伏发电系统的影响,建立船上光伏发电系统输出能量数学模型。其次,先后分析并建立减摇鳍和舵系统的性能指标。针对减摇鳍系统分析四个方面建立其性能指标,分别是横摇角方差、鳍角方差以及鳍角速率和负载能耗。而针对舵系统则分析削减阻力、航向误差导致的附加能耗和操舵频率过高所引起的船舶额外能量消耗等方面进行研究。伴有光伏特性的船舶系统性能指标全面考虑能量消耗、减摇效果和航向精度等主要方面,并提出伴有光伏特性的船舶姿态优化多目标函数。再次,利用两种智能优化算法,一种是老旧的多目标遗传算法,另一种是新提出的多目标布谷鸟算法,从伴有光伏特性的船舶系统性能指标优化方向出发对PID的K_P、K_I和K_D进行自动调整,同时对性能指标中的权系数和系统的适应度函数进行展开改良。最后,分析不同的多目标算法对系统适应度函数值、PID的三个参数和伴有光伏特性的船舶系统性能指标和展开仿真分析。仿真结果证明了多目标布谷鸟算法不但提升了收敛的稳定性,而且还能够改良最优解的质量,同时能够防止迭代过程中陷入局部最优解导致寻优失败。利用多目标布谷鸟算法不但可以提升船舶减摇效果,在一定程度上优化航向控制精度和降低系统的能量消耗的同时船上光伏发电系统能量输出也达到最初设计时的理想效果。综合仿真分析,可以得知本研究是对船舶新能源领域的拓展,体现出非常高的研究价值。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.82
【图文】：

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船的外型如图1.1。这种船舶的船长等于11.8m ，船宽等于 3.6m ，标准载客人数为 30 人，其配置了 3.6kW太阳能电池板，能够将电能存储起来。除此之外，船的动力部分应用新型的脉宽调制技术进行无级调速，游船的速度可提升至4.32kn。图 1.1 颐和园“桑普号”太阳能船2007 年底，我们国家沈阳一家名为泰克太阳能应用的公司开发了新型的太阳能供能的船舶，并将其命名为“001”号，船长等于6.2m，宽1.9m

太阳能,尚德,高雄,蓄电量

亚洲最大太阳能船队—“太阳能爱之船 2”号研发成功，其外型见图1.2。船舶长度等于13m ，并应用较为特殊的双体船设计，可以搭载的人数为 36 人，船上总共装配了6 组蓄电池，各组容量等于48V 、90Ah，蓄电量能够提升至26kWh。除此之外，船上总共配置了 2 个20kW 交流马达，总动力大概为38kW ，航速极限值可提升至9kn

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图 1.2 台湾高雄“ 太阳能爱之船2 ”号年 6 月，著名的太阳能船舶“尚德国盛”号第一次航行，而且被作展馆”。船舶长度等于31.85m，宽度等于9.8m，宽度等于7m ，，其外型见图 1.3。这艘船舶是我们国家首艘将太阳能、柴油机电的船舶。如果日照条件存在区别，那么船体运行所需的的动力组之间实现自动调配，时速能够提升至8.1kn，减少的电力消耗超

【参考文献】