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。

船舶柴油发电机组智能控制及优化

由于传统PID控制在复杂多变系统难以做到精确控制,因此结合PID控制与模糊控制策略应用于发电机组的调速系统与励磁系统,对船舶发电机组实现模糊PID控制。由于模糊控制的控制规则取决于人为主观经验,且模糊控制规则和隶属度函数需要大量实验与经验佐证,采取PSO粒子群算法对模糊PID控制中的隶属度函数进行优化。根据Matlab仿真平台模型搭建及分析,表明PSO粒子群算法优化后的模糊PID控制使得船舶柴油发电机组的调速系统与励磁系统更加优化稳定,具有良好的稳态与动态性能。

基于卷积神经网的柴油发电机组转速控制系统设计

柴油发电机组的转速波动会导致供电电压和频率波动,影响用电设备使用效能和电能质量。为达到有效实现转速控制的目的,该文设计了基于卷积神经网控制模型的柴油发电机组转速控制系统。系统硬件结构包括转速控制器、供油执行器和传感器。通过信号采集与预处理,获取柴油机各个部位控制量的变化范围;基于卷积神经网络实现一维信号向二维灰度图像的转换;建立柴油发电机组转速控制模型。经实验论证分析,该文系统执行器的静态特性稳定,与其它系统对比,动态性能更优。

柴油发电机组非线性H_2/H_∞调速器的研究

船舶电力系统频率的稳定性主要取决于船舶电站柴油机调速系统的转速响应特性.船舶电站柴油机调速系统是一个非线性控制系统,为了分析系统的动态特性,首先建立柴油机调速系统的非线性数学模型,然后以此为基础设计非线性H2/H∞速器.将直接反馈线性化和混合H2/H∞控制理论相结合应用于柴油发电机组调速器的设计,把系统的性能要求转化为标准H2/H∞控制问题,获得了柴油机非线性H2/H∞转速控制律.计算机仿真结果表明,设计的非线性H2/H∞调速器有效地提高了系统的动态精度和抑制扰动的能力,改善了船舶电力系统频率的稳定性.

柴油发电机组非线性H_2/H_∞综合控制器

独立电力系统的稳定性主要取决于柴油发电机组的转速和电压响应特性.柴油发电机组控制系统是一个非线性控制系统,转速和电压相互作用,对二者进行综合控制非常必要.为了分析系统的动态特性,首先建立柴油发电机组的非线性数学模型,然后以此为基础设计非线性H2/H∞综合控制器.将直接反馈线性化和混合H2/H∞控制理论相结合应用于柴油发电机组综合控制器的设计,把系统的性能要求转化为标准H2/H∞控制问题,获得了柴油发电机组非线性H2/H∞综合控制律.计算机仿真结果表明,设计的非线性H2/H∞综合控制器有效地提高了系统的动态精度和抑制扰动的能力,改善了独立电力系统的稳定性.

小型柴油发电机组隔声罩结构优化设计研究

采用实验手段研究了小型柴油发电机组的噪声源和噪声特性,对不同频率范围的噪声提出了具体可行的隔声罩结构优化措施。针对结构隔声量,分析板结构质量是影响隔声罩隔声量的主要因素,采用拓扑优化方法进行优化设计,使1 000 Hz频率以下噪声隔声量达13.16 d B(A);对隔声罩通风口处的声能泄露,确定中高频噪声为噪声控制主要目标,在考虑管道内存在高次波传播的情况下,分析管道隔板位置和大小对传递损失的影响,采用遗传算法设计和优化通风管道结构,减少高次波的传播,使1 000 Hz^3 500 Hz频率范围内噪声传递损失达30.3 d B(A)。通过以上措施,小型柴油发电机组7 m处的噪声降低至60.7 d B(A)。

CMAC复合PID在柴油发电机组转速控制中的应用

船用柴油发电机组调速系统是复杂的非线性系统,需要采用先进的控制技术以提高其转速响应特性与稳定性.提出了一种小脑模型神经网络(CMAC)与PID复合控制的柴油机调速策略,利用传统PID来实现反馈控制,保证系统的稳定性并抑制扰动,CMAC神经网络对控制器进行前馈控制,确保系统的控制响应速度,提高控制精度.在搭建dSPACE半实物仿真平台并对算法进行了仿真验证之后,使用MicroAutoBox进行了D6114发电机组配机试验.试验结果表明,机组具有良好的动静态特性,转速波动率为0.15%,标定负载突变超调6.7%,稳定时间为2.5s,完全满足二级电站对柴油机调速系统的要求,通过与D6114发电机组原控制器下的发电频率变化曲线对比,证明了其具有与产品级控制器相近的控制性能.

增压式柴油发电机组的噪声治理技术

增压式柴油发电机组由于柴油机增压，使气流阻力增加。在对它进行降噪处理时，特别要控制其排气消声通道的压力损失。最关键的还是降低通道各器件中的流速。

CKD6E混合动力机车电传动及控制系统

对我国研制的首台节能环保型混合动力机车——CKD6E机车进行了介绍,对机车电传动电路、控制系统、工作方式进行了设计说明,提出了机车开发调试过程中的关键问题及解决措施,总结了混合动力机车区别于传统机车的特点,并提出了改进建议。

柴油发电机组的自动化控制与监测

针对传统的应用单一专业机组控制器来控制柴油发电机组的方法有功能单一、不易扩展等缺点,提出了基于最新的专业机组控制器、可编程控制器(PLC)和通讯技术相结合的控制系统。讨论了由专业控制器为现场级,PLC和触摸屏为车间级,DCs或上位计算机为管理级的3层结构组成的控制系统的结构、功能和控制策略,通过专业控制器的并机控制和PLC的逻辑控制以及它们之间的和远程监控室之间的通信,实现了对柴油发电机组自动化控制与监测的优化。所提出的系统成功应用于某保险公司全国后援中心的应急供电部门,实现了柴油发电机组发电供电过程的快速、安全、稳定、全程监测等功能要求,取得了明显的应用成效,其应用前景十分广阔。

船用柴电机组网络监控系统硬件在环仿真试验平台研究

根据船舶电站柴电机组网络监控系统的结构,利用MATLAB/xPCTarget实时仿真开发环境,构建了柴电机组网络监控系统硬件在环仿真试验平台。采用模块化的方法建立了涡轮增压柴电机组实时仿真模型。进行了柴电机组网络监控系统在环仿真试验。初步试验结果表明:该仿真平台能够实时和准确地模拟柴电机组的运行特性,为柴电机组网络监控系统的开发和测试提供了有效的试验环境。

船用柴油发电机组模拟系统调速特性控制器研究

针对实验室利用柴油机进行船舶电力系统研究的需求,提出了一种基于PLC控制由变频器连接带编码器的异步电动机和同步发电机组成的模拟柴油机特性曲线的实验设备,配套研制了调速特性控制器,整套系统设备成本低、精度高、占地面积小,实验结果令人满意,为柴油机特性曲线的研究提供了一种新思路。

柴油发电机组并联运行的混沌控制

船舶电力系统通常是多台柴油发电机组并联运行,在轻载工况运行时会发生非周期性、貌似随机的、突发或阵发性的电力系统混沌振荡现象。为了对船舶电力系统的混沌现象进行分析,建立了两台柴油发电机组并联运行的非线性数学模型,该模型准确地反映了两台柴油发电机组各变量的变化规律,能够体现两者之间相互作用和相互影响的关系。在此基础上,利用Lyapunov指数法对船舶电站两台柴油发电机组轻载并联运行工况进行了分析,证明了混沌现象的存在。以柴油发电机组的非线性数学模型为基础设计了非线性鲁棒综合控制器,将直接反馈线性化和鲁棒控制理论相结合应用于柴油发电机组综合控制器的设计,获得了柴油发电机组非线性鲁棒综合控制律。计算机仿真结果表明:设计的非线性鲁棒综合控制器有效地抑制了电力系统的混沌现象,改善了船舶电力系统的稳定性。

船舶柴油发电机组双回路系统神经网络控制研究

针对船舶柴油发电机组转速控制与励磁控制,设计了CMAC神经网络与PID控制器相结合的并行控制系统,并分别运用到船舶柴油发电机组系统的2个控制回路中.CMAC神经网络控制算法具有在线学习速度快和局部泛化能力强的特点;在控制中,CMAC神经网络通过对发电机控制的学习,获得了系统广义被控对象的逆动态逼近模型,以此实现对系统的控制.在某大型船舶电力仿真系统的运用中,发电机负载特性测试的结果表明控制系统的2回路之间的协调性好,系统控制质量满足有关船舶规范的要求.

船舶柴油发电机转速人工神经网络控制

结合神经网络与PID控制,形成船舶柴油发电机转速神经网络控制系统;控制系统中神经网络控制器与PID控制器相结合,经过神经网络控制器的不断学习,控制器获取船舶柴油发电机转速系统的动态逆模型,系统逐渐地由神经网络控制器起主要控制作用.仿真试验显示,在电力系统突加有功负载时,发电机控制系统的动态过程稳定性良好.

某型柴油发电机组测试控制系统的研制

论文中对某型柴油发电机组测试控制系统所实现的主要功能、技术指标、测试系统主要组成、工作原理作了系统论述,该测试控制系统可以解决柴油发电机组在大修中的测试控制问题,提高维修效率,降低维修成本。该系统的研制对其他类似柴油发电机组的测试和控制有一定借鉴作用。

基于Matlab的柴油发电机组功率交互震荡的仿真

柴油发电机组在并联运行时经常出现功率交互震荡的现象,通过分析柴油发电机组运行时功率交互震荡现象的原因,得出影响功率震荡的参数,然后利用Matlab对柴油发电机组双机并联运行进行仿真,验证了分析结果,最后通过采用PID控制,将功率震荡现象消除。

永磁同步柴油发电机组转速控制策略

柴油发电机组作为一种发电装置具有起动迅速、操作维修方便、投资少、对环境的适应性强的优点。传统直接式柴油发电机组电压不稳、频率波动大;逆变式柴油发电机组发动机需维持额定转速运行,噪声大、轻载效率低。为改善电源质量、提高工作效率,提出了"发电-恒压-逆变"的永磁同步柴油发电机组拓扑结构。详细分析了发电机组的工作特性,提出了以最低燃油消耗率转速运转并通过温度等参数进行转速修正的节能控制方案,以最优转速运转节约了燃油消耗。仿真结果表明,节能模型及控制方法正确,能在满足不同负载需求的情况下降低柴油发动机油耗。

船舶柴油发电机组转速的模糊RBF神经网络PID控制

本文针对大功率船舶柴油发电机组具有的不确定性、时变性、非线性和大纯滞后等特性,借鉴RBF神经网络与模糊控制各自的优势,将模糊控制与RBF神经网络进行有机融合,设计了基于模糊RBF神经网络的船舶柴油发电机组转速PID控制器,并对船舶柴油发电机组转速控制系统分别在正常工况和异常工况下的动态过程进行仿真与分析。通过与常规PID控制、RBF神经网络PID控制和模糊PID控制三种方法下的仿真效果进行比较,验证了本文提出的方法具有更好的稳定性和抗干扰能力。

改进的电动钻机柴油发电机组调速系统研究

针对传统电动钻机柴油发电机组调速系统,在不同工况下由于模型参数变化而引起的新的控制问题,设计了一个基于模糊控制与PI调节相结合的调速系统。该系统主要利用了模糊控制对被控对象非线性和时变性有很强适应能力的特点,在转速误差较大时进行模糊控制,当系统调节到稳定状态附近时进行PI调节。仿真实验结果表明该系统比传统PID控制和模糊控制在控制精度、稳定性方面都有很大提升。