船舶推进电机的效率优化控制

利用考虑铁损的推进电机等值电路模型,通过数值计算方法寻找推进电机不同转速及负载下对应的最佳效率.改进了恒磁通的传统矢量变频控制方法,以实现电机最小能量损耗;探讨了节能运行控制方法的适用范围.仿真实验数据表明,改进后的控制方法可在相当宽广的运行区域内提高电机的运行效率,并保证系统不损失动态响应特性.     

船舶推进电机的优化控制方法研究

考虑船舶推进电机铁损的等值电路模型,首先运用数值计算的方法,计算出船舶推进电机在不同的负载以及不同的转速下所对应的最佳运行效率。然后对基于传统矢量变频的船舶控制方法进行相应改进,使推进电机能够在运行过程中始终保持最小的能量损耗,分析改进后控制方法的适用范围。最后将改进后的控制方法应用于船舶推进电机系统中并进行仿真研究,结果表明优化后的控制方法不仅具有提高船舶推进电机运行效率的优点,还具有改善船舶推进电机动态响应性能的优点。     

船舶永磁同步推进电机的优化I/f起动控制方法

为解决高转矩与高转动惯量的船舶推进电机在开环I/f控制中转速和转矩波动大、电机易失步、效率低的问题,提出一种I/f控制改进方法。通过建立转矩角观测器,调节给定电流矢量的幅值,使其跟随负载转矩变化,提高系统鲁棒性。同时,将电机运行状态推进至接近最大转矩电流比状态,提高电机的运行效率;通过瞬时有功功率调节电流矢量的角速度,降低电磁转矩波动,加快电机的转速收敛过程。最后,在Matlab/Simulink中进行仿真实验,实验结果表明该方法可以显著提高推进电机运行效率和稳定性。     

大型船舶分布式低压配电系统设计

为了提高大型船舶分布式低压配电的输出功率和配电效率,提出一种基于分散DSP控制的大型船舶分布式低压配电系统设计方法,采用T型等效电路模型进行低压配电系统的电路拓扑结构分析,计算配电系统的输出功率、传输效率与线圈阻抗和负载之间的关系,进行配电系统约束参量的优化解算。根据配电系统控制约束参量解算结果,采用DSP作为处理器核心单元进行系统的硬件设计,采用分散节能控制方法进行配电系统的传输功率增益控制,实现对系统的功率放大模块、控制模块以及阻抗匹配模块等功能模块的优化设计。系统测试结果表明,设计的大型船舶分布式低压配电系统具有很好的低压配电控制性能,输出的功率增益和传输效率较高。     

基于RBF神经网络的感应电机优化控制研究

在对磁链定向下感应电机损耗模型进行了详细的分析基础上,针对电机转矩和转速与最优励磁电流存在严重的非线性关系,文中提出一种径向基神经网络控制方法并建立电机效率优化控制模型,对电机进行最大效率优化控制。仿真结果表明该系统运行效率明显提高,降低了电机损耗。     

考虑跨洋特征及碎冰对快速性影响的极地探险邮轮型线优化

[目的]全球减碳背景下,为应对极地船舶设计建造的环保要求,需开展跨洋航行时碎冰水域对极地探险邮轮船体型线优化设计的影响规律研究,以获得最佳节能型线。[方法]针对极地探险邮轮的跨洋航行特征,采用航区权重方法进行量化评估,分析碎冰对阻力和推进效率的影响。应用计算流体力学耦合离散元法（CFD-DEM）来分析螺旋桨的碎冰水域性能,建立以联合自航功率为目标的优化模型,进而对全船参数化模型开展设计航速下的优化计算。[结果]计算结果表明,优化后的船型可以满足排水量要求,有效降低了2种水域下的航行功率,其联合自航功率降低了9.71%。[结论]研究成果验证了基于权重优化方法的可行性和合理性,可为极地探险邮轮的型线和推进器优化设计提供参考。     

Energy efficiency optimization analysis of fuel cell/lithium battery hybrid ship based on whale optimization algorithm北大核心CSCD

[目的]为提升船舶的能源利用率,对多因素影响下的燃料电池/锂电池混合动力船舶能效优化方法进行分析。[方法]基于Matlab/Simulink仿真建模软件,建立对象船舶的能效仿真模型,研究通航环境要素对船舶能效的影响。考虑动力源特性和船舶功率需求,提出基于模糊逻辑的功率分配策略,以优化系统能量流动。然后在此基础上,以系统总能耗最低为优化目标,建立考虑多因素的船舶航速非线性优化模型,采用鲸鱼优化算法开展优化模型动态寻优,并进行不同航行方法和航行时间约束下的能效优化分析。[结果]结果显示,在总航行时间不变的情况下,采用所提的考虑多因素的船舶能效优化方法可以降低船舶5.04%的总能耗和13.16%的燃料电池氢气总消耗。[结论]所述方法对船舶节能减排具有积极的作用,同时对提高船舶续航力和经济性具有重要意义。     

船舶电力推进系统建模与仿真研究

本文对两台同步电机驱动的双推进器船舶的电力推进系统进行了研究.通过搭建模型来分析电力推进系统中的影响因素.本模型基于Matlab/Simulink仿真平台,旨在分析船舶的运行特性.因此,通过电力推进系统效率和船舶速度的仿真曲线,了解了双螺旋桨船舶电力推进系统的相关特性.同时对不同的参量(功率和推进转矩,电机转速,船舶速度等)进行了分析,为了提高船舶推进功率和推进器特性,采用了功率评估系统(PPP)和螺旋桨优化系统(POP).     

定位车驱动功率计算模型与节能分析

为进一步节能减排,在充分分析重载列车运行阻力、启制动载荷、空气阻力、坡道附加阻力和弯道附加阻力的基础上,建立了定位车驱动功率计算模型。提出节能方案。通过功率计算,适时地切断电机,使电机在合理的负载率下运行,实现节能的目的。     

多台大功率电机同步控制策略研究

多台大功率拖动系统中,各电机高精度同步是保证系统不会因系统应力过大而产生严重后果的关键。本文结合工程实践,采用TI公司的F2812为控制核心,在速度控制环加入同步补偿控制器,通过对相邻电机参数补偿调节,保证多台大功率电机高精度同步运行。     

基于滑模优化与神经控制的船载风力发电系统最大功率跟踪方法北大核心CSCD

[目的]旨在解决船载风力发电系统中传统的最大功率跟踪算法的稳定性和快速性差问题。[方法]在系统分析船舶运动合成风场特性的基础上,提出基于单神经元比例积分(SNPI)的最优机械角速度跟踪控制策略,用以提升风机重启的跟踪快速性。同时,采用功率滑模极值搜索(PSMES)算法取代依赖风速精确测量的叶尖速比(TSR)方法,实现机械角速度的快速优化与发电系统频繁重启下的最大功率搜索。[结果]仿真结果表明,相比于传统算法,采用机械角速度PSMES优化和SNPI控制的最大功率跟踪策略可将快速性能提升50%以上,且稳定性能得到了改善。[结论]研究表明,所提最大功率跟踪算法具有明显的快速性和稳定性优势。     

基于模型预测控制的双机组混合动力船舶能量管理研究

[目的]船舶柴电混合动力系统合理分配柴油机和电机输出功率,可大幅降低油耗和排放。针对传统混合动力能量管理策略的性能最优与运算实时的矛盾,提出采用模型预测控制（MPC）进行能量管理瞬时优化。[方法]首先,利用反向建模法搭建由双柴油发电机组、储能系统、岸电组成的客渡船混合动力系统能量流模型;然后,提出以油耗和电能消耗的总温室气体（GHG）排放为目标函数,在系统约束条件下可在线滚动优化求解的MPC能量管理算法,最终进一步进行了不同预测时域长度的灵敏度分析。[结果]仿真结果表明,MPC较传统规则控制方法可分别降低4.85%的燃油消耗量和3.54%的温室气体总排放。[结论]相比于传统的规则控制策略,MPC油耗低,温室气体排放少,且计算负荷较小,具有良好的实船应用潜力。     

不对称全桥飞跨电容型MMC在船舶推进电机中的应用

[目的]模块化多电平变换器(MMC)因其独特的模块化特性和较低的开关频率等优点,在交流传动系统中表现出良好的调速性能。针对MMC在船舶中压低频工作模式下的子模块电容电压波动问题和传统高频注入法所导致的共模电压过大问题,提出一种适用于船舶电力推进系统的不对称全桥飞跨电容型MMC改进型拓扑。[方法]首先,介绍改进型电路拓扑的工作原理和低频工况下电容电压的波动缘由;然后,结合方波注入法与可设置截止频率的环流注入法,设计相应的控制方案;最后,基于Matlab/Simulink仿真平台,搭建带有螺旋桨负载的6 k V/36 MW永磁同步推进电机模型,模拟船舶电力推进系统的分级正车启动工况。[结果]仿真结果表明:该方案可以将低频段电容电压的波动百分比由16%降低至8%以内,且无共模电压注入。[结论]研究成果可为船舶中压直流电力推进系统的变频器设计提供参考。     

电力推进式船舶电机功率控制方法

为了提高推进式船舶电机功率控制的稳定性,设计新型船舶电机功率控制方法。将船舶交流电机模型进行坐标变换,生成αβ两相坐标,将功率参数代入到坐标系内,计算电机瞬时功率P*和Q*,利用功率参数和坐标系变换矢量,求取船舶电机功率电压给定值并传输到船舶控制逆变器内,进行功率通断,生成控制信号,实现船舶电机功率的稳定控制。实验研究表明,与传统方式相比,使用设计的新型电机控制方法后,船舶电机瞬时功率稳定性提高17%,固定时间内电机功率稳定性提高20%,具有鲜明优势性。     

船舶液压推进系统调速方式与油路循环研究

液压推进方式是指将船舶柴油主机的功率转化为液压系统的压力,进而驱动船舶主轴和螺旋桨,产生前进的动力。液压推进方式传递的功率更大,同时也具有节能环保的优点,因此,研究船舶液压推进系统成为一项热点。本文研究目标是船舶液压推进系统的调速与油路循环优化,剖析船舶液压推进系统的原理,建立液压推进系统的函数模型,并结合Simulink模块对液压推进系统的调速、油路循环进行了仿真分析,有助于改善传统液压推进系统的性能。     

感应电机最大效率优化控制研究

在分析感应电机最大效率控制策略的基础上,提出了一种以定子电流励磁分量为控制变量,采用混合搜索模型来获得系统的最大效率运行点的方法.即系统进入稳态时,采用效率优化控制策略,通过电机损耗模型离线计算励磁电流设定值的下限,采用黄金分割法在已经缩小的范围内进行最佳励磁电流值搜索;而在负载或速度指令突然变化的动态过程中,励磁电流恢复到额定值.最后,以MATLAB对系统进行了仿真,并以数字信号处理器TMS320LF2407A为控制电路核心进行了实验研究.仿真和实验结果表明,该控制策略能够使矢量控制变频驱动感应电机运行效率明显提高,降低了电机损耗,并具有良好的动态响应性能.     

基于DIgSILENT仿真的最大功率跟踪和无功补偿研究

论文主要研究了风力发电机运行稳定性的机械部分,运用曲线拟合方法和爬山算法对最大功率跟踪控制方法进行了比较研究,在DIg SLIENT仿真过程中建立了改进的控制模块并进行比较研究,从而得出改进的爬山算法和MPPT的控制模块具有良好的计算效果。通过建立SVC和STATCOM的模型和改进的控制模块连接到风力发电系统,在DIg SLIENT仿真中验证了SVC和STATCOM模型的有效性,并分析了模型对风力发电设备和系统的影响。研究结果表明,STATCOM在电网三相短路故障中有利于电压恢复和无功补偿。     

ROV attitude control based on multi-motor cooperative propulsion北大核心CSCD

[目的]为了提高遥控水下航行器(ROV)在复杂水下环境中的姿态控制性能,开展多电机协同推进的ROV姿态控制研究。[方法]首先,针对多电机系统的结构和算法,分别提出一种基于PID速度补偿器的偏差耦合结构和一种新型非奇异终端滑模控制(SMC)算法,并设计一种新颖的基于多电机协同推进的ROV姿态控制方法;然后,建立ROV的运动学和动力学模型,开展推进器组推力建模分析、解耦简化ROV动力学模型研究;最后,设计一种ROV滑模姿态控制器。[结果]仿真结果表明,所提的结构和算法可提高多电机系统的抗干扰性、同步性和快速响应能力,进而提高ROV姿态控制系统的稳定性与鲁棒性。[结论]所提方法可为ROV姿态控制提供一种新的可用方案。     

电力推进系统的实船应用

20世纪80年代以来，随着交流调速理论和微机控制技术的迅速发展，交流电机变频调速技术日渐成熟，这也使得船舶电力推进系统在可靠性、运行效率和推进功率等方面都有了突破性进展，不仅在破冰船、挖泥船、勘探测量船等传统领域占有越来越大的份额，而且在游船、油船和滚装船等方面也显示出广泛的应用前景。     

基于差分进化算法的船舶能量管理系统优化策略

[目的]提出一种考虑船舶电力系统运行限制以及温室气体排放限制的能量管理优化策略。[方法]该方法以最小消耗为目标,采用差分进化算法,使用实数编码,对船舶航速、发电机组启停状态、发电机组功率分配进行优化调度,在保证船舶运行效率的同时,符合环境限制并减少船舶燃油消耗。[结果]以某客渡船的航行数据为例,初始方案(方案1)的运行成本为36 960.5货币单位(m.u.),方案2和方案3的运行成本分别为36 938.1和35 888.3 m.u.,相对初始方案分别减少了0.06%和2.90%。[结论]优化后的船舶能量管理系统能够在满足船舶发电机和柴油机运行限制、温室气体排放限制、到港距离限制的前提下,使船速和推进力曲线变得稳定,在显著改善船舶电力系统工作效率和船舶燃油经济性的同时,减少温室气体的排放量。