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多机并车系统仿真及控制策略研究

袁强  
【摘要】: 随着造船技术的发展和现代化船舶的需要,各种联合动力装置应运而生,其中柴—柴联合动力装置(CODAD)应用最为广泛。柴—柴联合动力装置不仅能够提供较大的输出功率,而且为适应多工况的运行,也提供了多种运行模式,同时,也具有良好的经济性。因此,这种动力装置形式不仅能满足舰船的需要,而且在各种民用工程船上也得到广泛的使用。显然,CODAD的这些特性,使得它对主机的控制系统和船、机、桨的最佳匹配要求非常高。如果船舶在实际工作时,参与并车的两台主机之间的负荷分配不均或是船舶的实际航行状态与设计工况不相符合,船-机-桨之间的配合远离最佳匹配,这些都必然会影响到船舶运营的经济性。由此可见,既要使主机在并车时负荷能够均匀分配和解列时负荷平稳转移,又要使螺旋桨和主机的合理匹配充分利用主机的功率,在运转工况范围内使主机功率不超过允许的范围,实现船、机、桨的最佳匹配,获得高效的动力性能、经济性能、可靠性能和较长的使用寿命。鉴于上述问题,运用仿真技术建立多机并车系统的仿真模型,并通过计算机进行仿真计算和分析,对从事多机并车系统的设计工作者具有指导或参考价值,同时对轮机管理工作者进行正确的维护、管理和故障诊断也具有重要的意义。 本文主要探讨了多机并车系统的建模、并车控制方法以及机桨控制模式。首先,根据柴—柴联合动力装置系统的特点,建立了船桨子系统、柴油机子系统和负荷控制子系统、螺距控制子系统、海况干扰系统等数学模型。并且,基于MATLAB/SIMULINK模块,构建了整个多机并车系统的并车和解列控制模型。然后,利用SIMULINK软件模块,设计了模糊PID控制器。最后,使用本文所建立的多机并车系统模型,对某海洋石油平台工作船进行仿真研究,并将仿真结果进行了分析比较。 仿真结果表明,在定速控制模式下,主机瞬间负荷变化较大,对提高主机的利用效率和使用寿命不利,但在该控制模式下,主机输出端的转速恒定,这样就为使用轴带发电机提供了条件;在组合控制模式下,主机瞬间负荷变化较小,这样可以提高主机的效率和延长主机寿命,降低营运成本。


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