船舶电力推进特性与控制的仿真研究

发布时间：2017-04-11 21:01

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【摘要】：近年来，船舶电力推进系统获得了广泛应用，电力推进系统从军用发展到民用、从海运发展到河运，，已成为国内外现代船舶动力装置发展的新趋势。由于电力推进船舶具有良好的性能和明显的节能效果，国内外对电力推进船舶的开发和研究方兴未艾，电力推进系统是当今船舶研究的热点之一。 本文论述了船舶电力推进系统的组成、特点，分析了船舶电力推进的国内外发展状况，详细阐述了最有发展前景的一种推进方式——吊舱式电力推进的结构，优点以及应用发展情况。 本文对船舶电力推进系统进行了模块化分析，建立了船舶运动中螺旋桨推力、扭矩，船舶运动的阻力，偏转的阻转矩等不同功能子模块的数学模型。提出了用ARM和DSP构成船机桨特性仿真子系统的方案，并提出了仿真子系统的软硬件实现的具体方案。 对于船舶的不同操作状态对应的推进电力负荷变化特点和推进电机变速时的电力负荷变化过程进行了详细分析，提出了电力推进控制的改进算法。利用各个子模块数学模型构建了完整的船舶电力推进系统仿真模型，在此基础上进行了船舶电力推进特性与控制的仿真研究。
【关键词】：船舶电力推进 吊舱 电力负荷 仿真
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：U664.14
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 选题背景及意义10-12
• 1.2 论文的意义及主要工作12
• 1.3 船舶电力推进系统概述12-15
• 1.3.1 船舶电力推进系统组成12-13
• 1.3.2 电力推进的特点13-14
• 1.3.3 电力推进装置经济性分析14-15
• 1.3.4 电力推进装置的应用15
• 1.4 吊舱式电力推进器15-18
• 1.4.1 吊舱式电力推进器概念的提出15-16
• 1.4.2 吊舱式推进器简介16
• 1.4.3 吊舱式推进器的结构及优点16-17
• 1.4.4 吊舱式推进器的发展及应用17-18
• 1.5 电力推进研究的国内外现状18-20
• 第2章 船舶运动分析20-34
• 2.1 船舶运动的概述20
• 2.2 船舶运动的推进力20-27
• 2.2.1 螺旋桨的推力和扭矩21
• 2.2.2 螺旋桨的重要参数21
• 2.2.3 螺旋桨推进力图谱21-23
• 2.2.4 螺旋桨与船体的相互作用23-24
• 2.2.5 螺旋桨的扭矩特性24-27
• 2.3 船舶运动的阻力27-29
• 2.3.1 船舶的主要阻力分量及其数学模型27-28
• 2.3.2 船舶的次要阻力分量及其数学模型28-29
• 2.4 船舶的偏转力矩29-30
• 2.4.1 常规船舶的航向控制与偏转力矩29
• 2.4.2 吊舱式电力推进的航向控制与偏转力矩29-30
• 2.5 船舶的阻转矩30-32
• 2.6 船舶的转动角加速度与转动速度32-34
• 2.6.1 船舶的转动惯量32-33
• 2.6.2 船舶的转动角加速度和转动速度33-34
• 第3章 船桨运动模型34-44
• 3.1 螺旋桨推力系数K_P、扭矩系数K_M和进速比J34-36
• 3.2 螺旋桨四象限特性 Chebyshev多项式拟合结果36-37
• 3.3 螺旋桨推进轴系运动方程37-38
• 3.4 软件设计38-39
• 3.5 船机浆仿真系统设计39-44
• 3.5.1 问题的提出39-40
• 3.5.2 船机桨特性仿真子系统的组成40-42
• 3.5.3 实现方法42
• 3.5.4 实现中需要解决的关键技术42-44
• 第4章 船舶电力推进系统电力负荷变化的研究44-57
• 4.1 船舶的推进控制44-46
• 4.1.1 船舶的一般推进控制44
• 4.1.2 船舶电力推进的控制44-46
• 4.2 船舶航行状态46-47
• 4.3 船舶典型航行状态对应操作特点47
• 4.4 船舶电力推进负荷的变化特点47-49
• 4.4.1 电动机驱动螺旋桨转动所需要的功率47-48
• 4.4.2 船舶的不同操作状态对应的推进电力负荷变化特点48-49
• 4.4.3 船舶的不同操作状态对应的推进电力负荷变化特点分析49
• 4.5 推进电机变速时的电力负荷变化过程49-52
• 4.5.1 推进电机减速时的电力负荷变化过程49-51
• 4.5.2 推进电机加速时的电力负荷变化过程51
• 4.5.3 推进电动机由运转至停机时的电力负荷变化过程51-52
• 4.6 船舶电力推进负荷变化与原动机速度响应52-53
• 4.7 船舶电力推进负荷的程序控制53-57
• 4.7.1 电力推进遥控操作信号转换53
• 4.7.2 遥控操作的不同方式53-54
• 4.7.3 车钟操作状态及输出值的特征54-55
• 4.7.4 遥控操作转速直接控制的不足之处55-56
• 4.7.5 控制方式改进的措施56-57
• 第5章 船舶电力推进特性与控制的仿真研究57-70
• 5.1 船舶电力推进仿真的界面设计57-58
• 5.2 船舶电力推进仿真软件设计思想58
• 5.3 船舶电力推进仿真软件58-60
• 5.3.1 参数设置模块58-59
• 5.3.2 船舶运动状态模块59-60
• 5.3.3 参数显示模块(主界面中)60
• 5.3.4 仿真曲线显示模块60
• 5.4 船舶电力推进仿真软件中的算法60-66
• 5.4.1 船舶电力推进负荷程序控制的算法60-65
• 5.4.2 紧急停机控制算法实现65-66
• 5.5 船舶电力推进吊舱方位角控制66-67
• 5.6 船舶电力推进仿真实现电站的自动控制67
• 5.7 仿真结果67-70
• 结论70-72
• 参考文献72-74
• 攻读学位期间公开发表论文74-75
• 致谢75-76
• 研究生履历76

【引证文献】

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1 杨江;吊舱式电力推进系统的建模与仿真[D];武汉理工大学;2011年

2 宋春楠;船舶电力推进系统中螺旋桨负载模拟的研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

3 喻林;小型电力推进船舶PMSM控制系统的研究与设计[D];大连海事大学;2008年

4 彭振宇;船舶全电力推进系统工作特性仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

5 方宇;船舶电力推进自动控制系统的研究与设计[D];大连海事大学;2010年

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本文编号：299930