氢燃料电池动力船舶关键技术综述

梳理了当今世界上现有氢燃料动力船舶类型,总结了氢燃料动力船舶的特点,分析了氢燃料电池动力船舶关键技术的研究现状,包括：标准规范、动力源、氢制取、氢储存与氢安全;结合船舶的航行环境、结构与运行工况等,提出了氢燃料电池动力船舶各关键技术所面临的挑战,以及应对挑战的措施建议。研究结果表明：目前,全球氢燃料动力船舶数量有限,多为内河湖泊小型客船,以氢燃料电池为主要动力来源,主要采用35 MPa高压气瓶存储氢燃料;氢燃料电池动力船舶的相关标准规范仍处于制定阶段,可参照氢燃料电池汽车建造、测试和使用方面的标准规范要求;氢燃料电池主要以质子交换膜燃料电池(PEMFC)应用最为广泛,催化剂、双极板、膜电极以及密封材料等均对PEMFC性能具有重要影响;为提高燃料电池对船舶的适用性,建议发展大功率燃料电池模块,并开展燃料电池在湿热、盐雾、倾斜、摇摆状态下的环境适应性研究;中国的制氢产业目前仍以煤炭制氢为主,应大力发展可再生能源制氢。短期内,高压气态储氢是最可行的船上储氢方式,应研究轻质、耐压、高储氢密度的新型储罐,提高储氢密度和安全性;为保证氢燃料电池动力船舶安全性,应综合运用定性和定量风险分析方法,明确风险场景,对氢泄漏、扩散、燃烧与爆炸的发展规律与后果进行仿真分析与风险评估,并提出风险缓解措施。     

船舶操纵模拟器中船舶碰撞检测算法研究

在船舶操纵视景仿真中,碰撞检测是必不可少的一部分.为增强虚拟环境的真实性,需要实时进行碰撞检测.本文针对船舶操纵虚拟现实系统中本船与场景中其它对象之间的碰撞检测进行研究,提出了一种将包围盒检测法与相交测试法结合的算法,并采用限时思想对整个碰撞检测加以优化.     

带有UKBF的船舶动力定位预测控制器设计

为了精准设计水面船舶动力定位控制系统,将无迹卡尔曼布西滤波与非切换解析模型预测控制方法相结合提出一种预测控制器的设计方法.采用无迹卡尔曼布西滤波算法解决非线性连续系统的滤波问题,获取船舶运动状态的估计值;结合相对阶概念,根据船舶运动非线性模型,应用非切换解析模型预测控制方法设计动力定位非线性控制器,使船舶保持在指定位置.研究结果表明:设计控制器的输出较为平滑,有利于减少推进器磨损;设计控制器使船舶北向位置调节时间小于40 s,超调量小于5%,东向位置调节时间小于60 s,超调量小于5%,艏向角度的最大偏移量小于1.5°,令船舶快速到达了指定位置.      

实用型船舶操纵模拟器及其应用

船舶操纵模拟器在船员教学、培训、评估考试中应用广泛.文中介绍了实用型船舶操纵模拟器的组成、功能及特色,并对它在内河船员和海船船员的教学培训应用、技术开发、双师型教师队伍建设等做了较为详细的叙述.     

船舶电站模拟器的信号采集

介绍了船舶仿真电站中模拟量和开关量统一输入的一种实现原理,并简要说明输入通道与计算机间的信息交换过程.     

基于线性矩阵不等式的船舶动力定位滑模控制

为了解决具有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统的控制问题, 提出了一种基于线性矩阵不等式的滑模控制算法; 将跟踪误差设计为滑模函数, 设计线性矩阵不等式, 求解状态反馈增益; 基于二次型Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性; 设计切换函数, 使系统对不确定性和外加干扰具有较强的鲁棒性, 避免出现抖振现象; 对基于线性矩阵不等式的滑模控制器进行仿真, 计算出动力定位船舶在无扰动的匀速运动和有外界环境扰动的变速运动2种不同情况下的前进速度、横荡速度、艏向角速度、前进加速度、横荡加速度、艏向角加速度、前进控制力、横荡控制力和艏向控制力矩等; 分析了状态反馈增益线性矩阵、边界层、切换项增益等参数对控制性能的影响。研究结果表明: 采用基本滑模控制使前进速度达到期望值所需的上升时间为29s, 而新算法为15s, 节约了48.28%;采用基本滑模控制使横荡速度达到期望值所需的上升时间为24s, 而新算法为14s, 节约了41.67%;采用基本滑模控制使艏向角速度达到期望值所需的上升时间为13s, 而新算法为10s, 节约了23.08%。可见, 设计的控制器对有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统都具有较强的鲁棒性, 具有控制输入连续、控制抖振小、不存在过高增益等特点。     

基于动态面控制的船舶动力定位控制律设计

针对水面船舶动力定位控制问题, 考虑带有未知界的时变环境扰动, 将动态面控制技术与矢量逆推方法相结合, 设计了船舶动力定位系统的自适应鲁棒非线性控制律。引入动态面控制技术, 利用一阶滤波器的微分项代替虚拟控制矢量的微分项, 使得在控制律设计过程中的微分运算被简单的代数运算所替代, 简化了计算, 易于工程实现。为阻止自适应参数漂移, 采用包含基于σ-修正泄漏项的自适应律估计未知扰动的界。应用Lyapunov函数证明了所设计的控制律能迫使船舶的位置和艏向角达到并保持在期望值, 保证船舶动力定位闭环系统中所有信号最终一致有界。仿真结果表明: 在水平面上, 当船舶初始位置偏离期望位置25m时, 利用设计的控制律能迫使船舶在50s内达到期望的目标位置, 因此, 所设计的控制律是有效的。     

KONGSBERG大型船舶操纵模拟器的系统分析

以最近从挪威KONSBERG MARITIME公司引进的POLARIS北极星型大型船舶操纵模拟器为例,全面系统地介绍大型船舶操纵模拟器的系统结构、创新功能,并对视景系统和船舶数学模型系统进行分析,以期在利用航海模拟器进行应用开发、教学与验证等方面提供借鉴。     

航海模拟器管理和维护综述

本结合笔五年来航海模拟器教学和管理的工作实践，谈谈如何管理和维护好航海模拟器，并对系统的升级改造作一介绍。     

船舶操纵模拟器视景系统的参数选择

2002年10月,我院从挪威KMSS新引进的船舶操纵模拟器安装完毕并投入使用.与老模拟器的夜间系统仅能用光点来模拟目标船或航标等相比,新模拟器的白天系统有了很大改进,用投影机把计算机的图像投射到屏幕上能模拟出逼真的海面、天空、船舶、陆地甚至光照、阴影等视景效果.这主要得益于计算机技术的快速发展.使计算机的图形能基本满足系统的要求.在引进、安装的过程中,必须对视景系统一些参数进行选择设定.     

船舶操纵模拟器航迹叠加及其应用研究

在港航工程设计论证、船舶操纵性能测试、港口航道与码头通航安全评估等模拟试验过程中,经常需要对船舶操纵产生的航迹进行叠加显示,以分析不同工况对船舶航行的影响程度,给出船舶安全航行所需的航道宽度.基于大连海事大学研发的V-DRAGON3000型船舶操纵模拟器进行二次开发,增加航迹叠加功能,可实现多次船舶操纵试验结果的同时回访,获取各工况下船舶航迹带,用于通航安全、航道宽度设计与验证等试验结果分析及研究,并通过江阴港区的泊位工程安全通航评估论证其有效性.     

船舶锅炉模拟器控制箱仪表控件仿真设计

文章介绍面向对象编程的程序设计方法和ActiveX控件的特点,并通过具体实例说明运用VB编程语言设计锅炉模拟器控制箱仪表控件的方法。     

基于航海模拟器的船舶通信英语教学改革

文章从船舶通信英语教学改革目标着手,提出了如何应用航海模拟器进行船舶通信英语教学改革的问题。分析了船舶通信英语课程能力和应解决的关键问题,并提出了应用航海模拟器的船舶通信英语教学改革的有利条件、研究方案、工作内容和现实意义。     

基于航海模拟器的船舶通信英语教学改革

文章从船舶通信英语教学改革目标着手,提出了如何应用航海模拟器进行船舶通信英语教学改革的问题.分析了船舶通信英语课程能力和应解决的关键问题,并提出了应用航海模拟器的船舶通信英语教学改革的有利条件、研究方案、工作内容和现实意义.     

MAX7219在船舶操舵模拟器中的应用

本文基于S7-200PLC硬件平台,利用MAX7219实现船舶操舵模拟器的LED显示器。介绍了MAX7219的工作原理,实现MAX7219与S7-224CPU的硬件连接和软件编程。     

现代集装箱船舶轮机模拟器主机仿真建模

结合上海海运学院重点实验室科研项目ＳＭＳＣ－２０００型轮机模拟器的研制工作,对轮机模拟器的仿真对象现代集装箱船舶的ＨＩＴＡＣＨＩ－ＭＡＮ－Ｂ＆Ｗ ６Ｌ８０ＭＣ／ＭＣＥ主机的热工参数进行仿真计算。在利用“容积法”建立主机标定工况模型的基础上,采用双ＶＩＢＥ曲线叠加的方法模拟燃烧放热规律,建立主机的非标定工况模型,经过对输出参数、输出曲线的计算和比较,符合实船工况运行参数,在ＳＭＳＣ－２０００Ｌ轮机模     

船舶操纵模拟器的电子海图研究与开发

近年来,船舶操纵模拟器在港航工程设计论证、船舶操纵性能测试和港口航道与码头通航安全评估等方面起到非常重要的作用。电子海图是船舶操纵模拟器的关键模块,所有的模拟航行都在电子海图上进行,能提供水深、航标及航道等信息。本文主要研究电子海图在船舶操纵模拟器中的作用,开发及注意事项。     

基于改进TOPSIS的船舶模拟器靠泊训练评判

介绍了TOPSIS的基本思想和用于成绩评判的改进方法,论述了TOPSIS用于航海模拟器靠泊训练成绩评判的属性确定及获取、理想解与负理想解、属性权重等相关问题和解决方法,建立了评判的方法流程,通过示例验证了TOPSIS用于模拟器训练成绩评判的可行性．     

船舶自动识别系统AIS模拟器的研制与开发

根据AIS模拟器的功能仿真指标,并结合AIS界面仿真、操作程序仿真、危险目标参数的计算及各种显示模式间的转换,对AIS模拟器的研制开发做了阐述.该模拟器较全面地仿真了日本新型FA-150 AIS设备并且满足AIS评估规范的要求.     

船舶航速优化综述

从航速优化模型、油耗预测模型、航速优化模型求解方法与船舶能效管理系统方面, 分析了国内外航速优化研究现状, 探讨了航速优化存在的问题, 并针对这些问题提出了建议。研究结果表明: 在航运市场持续萎靡的情况下, 经济航行将被更广泛应用, 针对航速优化的研究仍然具有重要的意义; 在航速优化模型方面, 目前多集中在以碳排放政策、不确定因素的影响、排放控制区政策、船队调度等为单一优化目标建立航速优化模型, 优化目标主要为成本最小化和利润最大化, 未来应将航速与航线、纵倾、船队部署联合优化, 考虑多种不确定因素、多种优化目标建立航速优化模型; 在油耗预测模型方面, 预测模型主要分为白盒模型、黑盒模型和灰盒模型, 白盒模型具有更好的可解释性, 黑盒模型的预测性能更好, 灰盒模型弥补了白盒模型和黑盒模型的缺点, 将成为未来的研究重点, 未来应基于精确的船舶数据和先进的人工智能算法进行数据学习, 提升油耗预测模型预测准确性; 在优化算法方面, 由于航速优化模型的复杂性, 大多采用启发式算法进行优化求解, 这种算法可以减少优化求解时间和提高求解质量, 未来需要探索更加精确高效的求解算法; 在优化策略方面, 采用大数据分析可以识别天气对航行的影响, 动态优化策略可以补偿环境因素引起的扰动, 能够进一步提升船舶能效水平; 在船舶能效管理系统方面, 船舶能效管理系统主要包括航行数据采集、数据传输、数据储存、数据分析与智能决策等功能, 由于其成本高昂, 目前尚未在船舶上大规模运用。