杨晓丽[1]2004年在《吊舱式电力推进系统的动态仿真的研究》文中研究指明多模式机舱综合仿真系统实验室的建设是由交通部专项实验室基金资助的项目。其开发背景在于航运事业的迅速发展，船舶正朝着大型、节能、高效的方向发展，出现了多种推进模式，而现代船舶电力推进模式全面融合了目前最先进的数控技术、网络技术以及动力和机电领域的最新发展，其中，吊舱式电力推进船舶最具先进性，已引起国际造船和航运界的高度重视。国内对这方面的研究虽起步较晚，但发展迅速，前景看好。 系统仿真就是根据仿真对象的物理特性和过程建立数学模型，然后利用仿真软件建立仿真模型进行实验研究，目前已经成为许多领域研究必不可少的工具。针对吊舱式电力推进系统建立的动态仿真系统与造船业紧密相关，对船舶电力推进的研究将起到积极的推动作用。 本课题是由上海市科委发展基金资助的项目。本文以吊舱式电力推进系统为研究对象，目的是建立其动态仿真系统，主要工作分为系统建模和仿真两个方面。首先通过调研工作收集国内外关于船舶电力推进技术的最新资料并对吊舱式电力推进系统的特点加以阐述。然后着重分析吊舱式电力推进系统的两个重要组成部分：螺旋桨和推进电机。本文在深入研究螺旋桨特性的基础上建立了运动模型，通过仿真软件来模拟螺旋桨的负载特性，为推进电机提供负载转矩。吊舱式电力推进系统的主要动力源是推进电机，本文对目前应用广泛的几种典型电机：单叁相永磁同步电机、多相永磁同步电机及异步电机分别进行了性能分析并建立数学模型，运用Matlab进行仿真实验，为电力推进系统的研究提供了坚实的理论依据。最后，本文在深入研究船、机、桨之间的相互关系的基础上，建立了船-机-桨模型，并将电力推进系统的几个关键组成部分的模型整合成一个仿真系统。 运用该仿真系统可预知设计好的电力推进系统的静态和动态性能并可以调节参数来优化系统的性能，达到了预期目的，本论文可作为即将进行的双叁相半实物仿真的前期探索。
高海波[2]2008年在《船舶电力推进系统的建模与仿真》文中提出船舶电力推进系统具有许多传统推进系统不可比拟的优势,是国内外船舶制造行业研究的热门。开展船舶电力推进系统的建模和仿真研究,再现系统的稳态及动态工作过程,揭示系统的内在规律,对于指导船舶电力推进系统的设计和使用具有现实意义。本文从实验台架设计及分析、船舶电力推进系统数学模型建立、仿真结果与台架实验对比、典型工况与故障仿真、谐波分析、推进电机节能运行等方面展开研究。本文主要工作是:1)以武汉理工大学船舶电力推进实验装置为研究对象,分析了系统的组成、特点及工作原理。建立了较完整的系统数学模型,涵盖船舶电力推进系统中的主要设备,包括原动机、调速器、发电机、调压器、变压器、变频器、滤波器、螺旋桨等,可以用于系统分析,并具有一定的通用性。为了逼真地模拟螺旋桨负载,采用Chebyshev多项式拟合诺尔特斯特洛姆(Nordstrom)系列试验图谱,适合于四象限工况仿真,并可根据不同桨型灵活修正。为保证实验仿真系统具有与实船相同的动态特性,从分析推进系统机械运动平衡方程式着手,确定了模拟负载扭矩和实船螺旋桨扭矩之间的比例关系。并用MAST语言对各设备数学模型进行描述,在Saber软件中构建了仿真模型,构建成整个电力推进系统的仿真模型。运用仿真模型进行实验,并与台架实验进行对比分析,验证了模型的有效性和精度。2)进行了典型工况、谐波及故障仿真实验,揭示了船舶电力推进系统运行的特点和规律。模拟船舶在启航、制动、急速反转等典型工况时船舶电力推进系统的特性,研究动态过程中电力推进系统的响应时间、电流、电压、转矩等:对比了相同吨位及功率等级的柴油机推进及电力推进系统在停车和紧急制动工况下的性能,并就电力推进系统在低航速下的特性进行了仿真分析;研究了谐波对船舶电网的影响,为改善电网品质,模拟设计了交流输入端滤波器,并进行了仿真实验验证其滤波效果;研究了推进电机在启动、稳定运行、停机阶段对电网的影响;针对如整流器故障、接地故障、汇流排短路、逆变器故障等主要故障进行仿真实验;所做仿真研究揭示了系统内在规律,并给出操作指导和建议。3)通过对船舶电力推进系统中的推进电机运行效率进行分析,指出系统存在可观的节能空间。在寻求推进电机最佳效率工作点时,从能量转换的角度研究最小损耗控制策略。利用考虑铁损的电机等值电路模型,采用数值分析方法确定了电机不同工况下对应的最优效率工作点及最优磁链,改进了矢量控制方法,从而实现最小损耗控制,并通过仿真实验验证了效率优化控制策略的有效性,并研究了效率优化控制的适用范围。针对效率优化控制使得系统动态响应特性变差这一问题,提出一种兼顾效率与动态响应的推进电机控制策略,并通过仿真实验与传统矢量控制方法进行对比,验证了新的控制策略的有效性,为提高船舶电力推进系统效率并同时保证动态响应特性提供解决方案。本论文受到国家“211”建设项目“武汉理工大学船舶电力推进仿真实验室建设”、教育部博士点基金项目“舰船电力推进系统仿真”(基金号20040497012)、高速船舶工程教育部重点实验室(武汉理工大学)开放课题基金项目“船舶电力推进系统的建模与仿真”(基金号HSSE0802)的资助。
林安平[3]2007年在《船舶电力推进系统中PMSM模糊矢量控制仿真研究》文中指出近几十年来，随着电力电子技术的发展和大功率交流电机变频调速技术的日趋成熟，船舶电力推进逐渐显示出其优越性，成为未来船舶动力装置的发展方向。目前国内对船舶电力推进系统的研究还处于起步阶段，深入研究船舶电力推进系统的建模和仿真，可以促进我国船舶电力推进系统研究的快速发展。 本文以烟大轮渡渡船为对象，首先研究了船舶阻力计算、螺旋桨推力特性和扭矩特性，以Simulink软件为工具，利用RBF神经网络的泛化功能，建立了船舶阻力模型、螺旋桨推力特性模型和螺旋桨扭矩特性模型，在此基础之上，建立了船体模型和螺旋桨模型。其次分析了永磁同步电机数学模型和SVPWM技术，建立了SVPWM仿真模块，并将其应用于永磁同步电机矢量控制系统仿真，分析了基于SVPWM矢量控制系统的动态和静态调速性能。本文还提出了一种模糊自整定PI控制算法，这种模糊自整定PI控制以转速偏差和转速偏差变化为输入，可以动态地调整积分系数。将这种模糊自整定PI控制算法应用于永磁同步电机矢量控制仿真系统，在一定程度上提高了系统的动态和静态性能。最后将船体模型、螺旋桨模型、永磁同步电机矢量控制模型结合起来，建立了烟大轮渡渡船的电力推进仿真系统，模拟了渡船从静止加速到全航速的动态过程。此仿真系统具有通用性，只要修改船体模型、螺旋桨模型和永磁同步电机矢量控制模型的参数，就可以对其它船舶电力推进系统进行仿真。 仿真是分析和设计船舶电力推进系统的基础，在设计电力推进系统的初始阶段，可以利用仿真数据来选择推进电机的型号和设计推进电机调速系统，缩短电力推进系统的设计周期，降低设计成本。
王华军[4]2008年在《船舶电力推进中永磁同步电机控制系统的研究》文中指出近几十年来,随着电力电子器件的飞速发展和大功率变频器及交流调速技术的日趋高性能化,特别是吊舱式(POD)电力推进装置的出现和推广应用,船舶电力推进以其空间配置灵活、机动性能好、推进效率高、节能等优点,正在成为未来船舶动力装置的发展方向。本文以国内某电力推进船舶为研究背景,首先分析了吊舱式螺旋桨的推进力特性和扭矩特性,以及电力推进船舶的阻力特性,并在此基础上建立了螺旋桨和电力推进船舶的运动数学模型和Simulink仿真模型,作为整个系统的负载。在主推进方面,考虑到永磁同步电机在大功率高性能调速方面的优越性,本文以叁相永磁同步电动机为直接研究对象,分析了其在不同坐标系下的数学模型及直接转矩控制技术的基本原理和实现方法。本文设计了一种基于PID自校正闭环补偿方法的定子磁链观测器,从而有效抑制直流偏移对磁链观测的影响。为了解决传统DTC控制中存在的转矩脉动大等问题,论文中采用了叁电平控制技术。论文还分析了二极管钳位型叁电平逆变器的基本工作原理以及直接转矩控制应用于叁电平逆变器调速系统时存在的特殊问题,针对叁电平中点电压平衡问题和电压跳变幅值限制问题,提出了一种简单合理的电压矢量选择方案,从而实现对中点电压偏移和电压跳变幅值的有效控制。论文的最后对螺旋桨模型、船舶模型、永磁同步电动机叁电平直接转矩控制模型进行了综合,在Simulink开发环境下建立了基于叁电平直接转矩控制的船舶电力推进系统的仿真模型;借鉴了本校船舶自动化与仿真器研究所研制船舶大型轮机模拟器的成功经验,在VC++开发环境下建立了船舶电力推进系统的分布式仿真系统,并在此基础上对系统进行了仿真研究。通过对仿真结果的对比分析,叁电平直接转矩控制相较传统的二电平具有更好的动、静态性能,由此显示,本设计所提出的方案是可行的。
秦业志[5]2015年在《船舶吊舱式电力推进系统船机桨匹配研究》文中研究指明随着人们生活方式的提高和文明意识的进步,人类对船舶推进性能提出了更高的要求,与此同时电力电子、变频器控制和计算机控制等技术取得了迅猛发展,为了与时代的发展相呼应,船舶电力推进因其拥有环保、可靠性好、节能高效、操作性好等优点,已经逐渐成为船舶推进方式的发展方向,吊舱式电力推进系统作为电力推进的一种,已经占据着船舶电力推进的主流市场。国内外造船界和科研单位都对船舶吊舱式电力推进系统加大了科研力度和应用市场。吊舱式推进与常规柴油机推进有着很大的差异,它的结构特点决定了其优越的特性,吊舱式推进器采用吊舱的形式,推进电机置于吊舱内与螺旋桨直接相联,省去中间轴系,整体悬挂在船底板上。本课题是基于集美大学轮机工程学院船舶综合电力推进系统科研平台建设项目,对船舶吊舱式电力推进系统船机桨的匹配进行研究,对深入研究吊舱式电力推进系统有非常重要的意义。本论文以吊舱式推进船舶为研究对象,依据船-机-桨匹配设计原理,利用常规螺旋桨等效设计POD螺旋桨的方法设计吊舱推进器螺旋桨参数,并用Lab VIEW编程语言开发船机桨匹配分析计算软件,优化匹配设计方案,通过电力推进科研平台进行仿真分析。本论文主要工作如下:1.介绍了国内外对吊舱式电力推进船舶的研究现状,对吊舱式推进器的组成结构、特点以及分类应用进行了阐述;2.介绍了船舶的阻力特性、螺旋桨的工作特性以及推进器与船体的相互作用,并详细的介绍了吊舱式推进系统船机桨匹配原理;3.阐述了船-机-桨匹配设计方案的总体思路,介绍了常规螺旋桨设计方法,重点介绍POD螺旋桨等效设计思路,并针对本文的研究对象进行了POD螺旋桨的参数设计;4.根据设计方案,完成设计方案的优化工作。具体来讲是利用LABview编程语言开发了螺旋桨参数优化程序以及船-机-桨匹配计算分析平台,根据设计的方案以及开发的程序,对设计的方案进行优化,最后选定优化的设计方案;5.利用综合电力推进平台对所设计出的方案进行半实物仿真分析。本文完成了对吊舱式推进船舶船机桨匹配设计方案的研究,设计出了优化的船-机-桨匹配设计方案,并对其动态的仿真效果进行了验证。
邓穗湘[6]2005年在《船舶永磁电动机推进系统研究》文中进行了进一步梳理近几十年来，随着电力电子技术的发展，大功率电机的变频调速技术日趋成熟，从而使船舶电力推进技术的应用领域不断扩大，而使用永磁电机作为推进电机的现代船舶电力推进更是显示出广泛的应用前景。 本文首先对国内外的船舶电力推进技术进行了分析研究，论证了叁种推进电机相区别的电力推进技术的优缺点和适用领域。对即将在国外广泛使用的综合电力推进技术(IPS)和永磁电机推进系统进行了详细的研究和讨论，指出现代船舶电力推进技术是船舶动力系统的发展方向。 应用永磁电机的结构理论，建立了永磁同步电机的微分方程形式的数学模型，并转化为传递函数形式的数学模型，再应用Matlab语言进行了建模和动态特性仿真；之后依照永磁电机的调速控制原理，选用了电流滞环追踪控制技术，应用Matlab语言进行了逆变环节的建模和动态特性仿真。 Matlab语言及其仿真工具箱Simulink在复杂系统的仿真方面有着独特的优势。应用前几章中Simulink建立的永磁电机模块，再自行建立了螺旋桨的Simulink模型，结合数据库模块和用户自定义的S函数模块，建立了电力推进船的船—机—浆匹配模型，并进行了永磁电力推进系统的整体仿真计算和动态特性模拟，并对仿真结果进行了分析。 在仿真试验基本成功的基础上，选用了相应的硬件进行了实际永磁电机带螺旋桨特性负载时的调速实验，通过实验数据的对比，对仿真模型进行了验证和进一步的调试。 在对全文内容进行系统的总结之后，文章指出了下一步要做的工作，比如如何把本文所作的Simulink模型集成到实时仿真平台内，实现模型的可控制性和实时性。
郭婷婷[7]2012年在《吊舱式电力推进控制系统的设计研究》文中提出自问世十几年来，吊舱式电力推进器已经在船舶推进领域占据了很大一部分市场份额，而科技的进步必将为吊舱式电力推进器提供更加广阔的市场。吊舱式电力推进器无论在技术上还是市场上都会成为船舶推进装置的主要发展方向，并应用于多种的船型从而成为未来船舶推进器的主流推进器。在航行时，应该根据实际要求改变船舶的航向和航速，且受到海风、海浪及海流等环境的干扰作用，船舶会改变航速、偏离原定的航向，进行及时修正。船舶航速航向控制摆脱体力劳动，从手动转变为自动控制，从单个系统的自动化提高到系统综合自动化，从简单控制装置发展成为计算机、网络化的综合控制系统。建立模型是研究船舶操纵运动的基础，本文讨论了并建立船舶运动数学模型，并分别对该模型中流体动力及力矩、作用于吊舱舱体上的流体动力及力矩和风浪等外界载荷所产生的干扰力及力矩进行分析，在建模过程中充分考虑大型水面船舶的运动特点以及风浪等外界载荷的干扰特性。根据航速及航向控制的基本原理设计广义预测控制器，对船舶航行中的航速、航向进行控制。讨论了广义预测控制算法，并将其应用于船舶航行控制中加以数字仿真，与PID控制器的控制效果进行分析比较。结果表明，以上提出的控制方案比常规控制方案有更好的性能，有更强的鲁棒性。在不同工作条件下，船舶航速控制和航向控制采用预测控制器进行综合控制，保证船舶快速准确地达到既定航速和航向。仿真结果表明接近了预期目标。
沈爱弟, 黄学武, 郑华耀, 杨晓丽[8]2005年在《半实物吊舱式电力推进仿真系统的设计》文中提出介绍了上海海事大学正在研发的半实物吊舱式电力推进仿真系统控制方案和仿真算法的设计.半实物仿真系统整合了物理硬件设备和仿真软件,对改善非线性系统在大工况变动下实时仿真的快速性和精确性,以及在控制方案设计、船桨数学模型的建立和仿真算法的选择等方面都有其特殊的作用.
刘波[9]2005年在《船舶电力推进及船机桨工况配合》文中进行了进一步梳理近几十年来,随着电力电子技术的发展,大功率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,船舶电力推进系统已显示出广泛的应用前景。推进装置的设计,特别是电力推进船机桨工况与配合,对于电力推进船舶的建造来说具有非常重大的意义。 本文首先对国内外的船舶电力推进技术现状进行了说明,对电力推进结构特点和经济性进行了分析,指出电力推进的应用领域,并详细介绍了几种吊舱式电力推进系统。继而对电力推进系统各组成部分的性质进行了详细的研究和讨论,包括船舶阻力特性,螺旋桨推进特性,交直流电机及其调速特性,原动机特性,阐明了螺旋桨推进特性曲线和电动机机械特性曲线及调速特性曲线的绘制方法,并指出交流调频推进方式是较理想的选择。 在上述讨论的基础上,根据船机桨工况配合原理,电力推进原理,电力拖动原理,自动控制原理等理论建立了电力推进船机桨工况配合理论,并以不带反馈的G-M系统和带反馈的恒功率系统为例进行船机桨工况配合分析。 为了对电力推进船机桨工况配合理论进一步分析以及实际应用,应用编程和仿真工具Simulink对电力推进的船机桨工况配合进行静态分析和动态分析。 静态分析通过编程工具分析船机桨在标准工况和非标准工况下的匹配情况,输入船机桨相关参数可绘出标准工况及电动机调速工况下的电力推进船机桨工况配合图,并读出工况点的转数,扭矩和敞水效率等参数。 动态分析通过Simulink工具箱仿真,对电力推进系统的扰动通过传递函数进行脉冲扰动分析。对电力推进的变工况过渡通过建立Simulink模块系统进行阶跃扰动分析。 在文章的总结中指出,电力推进系统有待于整体化发展,建立各种形式的电力推进模型,利用全综合电力推进系统模块化,吊舱式电力推进系统是一种有前途的发展方向。建议加大对电力推进船舶技术进展的调研力度。
马会普[10]2008年在《船舶电力推进原理与操作仿真的研究》文中提出现代电力推进技术与早期电力推进最大的不同就是建立了综合全电力推进系统(简称IPS),它全面融合了现代最先进的数控技术、网络技术以及动力和机电领域的最新进展,已引起国际、国内造船和航运界的重视。作为船舶推进的发展方向之一吊舱式全电力推进船舶以其巨大的优越性得到了越来越广泛的应用。然而随着国内越来越多的电力推进船舶投入使用,对这一全新电站方式管理的人才缺乏问题日益突出,对船舶管理人员的培训也已提上日程,国内对这一教育领域的资源还不充足。本文分为6章。第1章介绍了课题的背景,包括船舶电力推进的概念和定义以及发展历史;第2章船舶电力系统,简述了船舶电站的设备构成组成;第3章电力推进船舶的结构特点及优势和不足;第4章电力推进船舶的原理,详细阐述了电推船舶电站各部分的功能和工作原理;第5章电站管理系统及操作仿真,包括电站操作仿真的目标和实现方法;第6章总结和展望,总结课题实现的目标并展望了电力推进船舶发展的关键技术。作者查阅了大量文献及互联网资料,并多次上船观摩,学习,掌握了第一手相关资料,明确了吊舱式全电力推进系统的工作与操作原理。本文首先介绍电力推进系统的概念,详细地分析了全电力推进系统的结构及特点,通过对比说明了电力推进是未来船舶主要发展方向,最后作者以目前世界最先进的第叁代全电力推进船舶烟大火车轮渡渡轮的操作系统为模板,在Windows环境下用可视化软件Visual Basic模拟了该船舶的日常操作,有助于船员对全电力推进船舶的教学培训。
参考文献：
[1]. 吊舱式电力推进系统的动态仿真的研究[D]. 杨晓丽. 上海海事大学. 2004
[2]. 船舶电力推进系统的建模与仿真[D]. 高海波. 武汉理工大学. 2008
[3]. 船舶电力推进系统中PMSM模糊矢量控制仿真研究[D]. 林安平. 大连海事大学. 2007
[4]. 船舶电力推进中永磁同步电机控制系统的研究[D]. 王华军. 大连海事大学. 2008
[5]. 船舶吊舱式电力推进系统船机桨匹配研究[D]. 秦业志. 集美大学. 2015
[6]. 船舶永磁电动机推进系统研究[D]. 邓穗湘. 上海海事大学. 2005
[7]. 吊舱式电力推进控制系统的设计研究[D]. 郭婷婷. 江苏科技大学. 2012
[8]. 半实物吊舱式电力推进仿真系统的设计[J]. 沈爱弟, 黄学武, 郑华耀, 杨晓丽. 扬州大学学报(自然科学版). 2005
[9]. 船舶电力推进及船机桨工况配合[D]. 刘波. 武汉理工大学. 2005
[10]. 船舶电力推进原理与操作仿真的研究[D]. 马会普. 大连海事大学. 2008
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