Development of a Remotely Controlled Testing Platform with Low-drag Air-ventilated Hull

This paper addresses the development and testing of a remotely controlled boat platform with an innovative air-ventilated hull. The application of air cavities on the underside of ship hulls is a promising means for reducing hydrodynamic drag and pollutant emissions and increasing marine transportation efficiency. Despite this concept＇s potential, design optimization and high-performance operation of novel air-cavity ships remain a challenging problem. Hull construction and sensor instrumentation of the model-scale air-cavity boat is described in the paper. The modular structure of the hull allows for easy modifications, and an electric propulsion unit enables self-propelled operation. The boat is controlled remotely via a radio transmission system. Results of initial tests are reported, including thrust, speed, and airflow rate in several loading conditions. The constructed platform can be used for optimizing air-cavity systems and testing other innovative hull designs. This system can be also developed into a high-performance unmanned boat.

轻型柴油车还原性颗粒捕集器控制策略及排放试验研究

为使某轻型柴油车排放达到国六b排放标准,基于国六b轻型车排放标准对柴油机NO_(x)排放要求,制定柴油机选择性催化还原颗粒捕集器(selective catalytic reduction-coated diesel particulate filter,SDPF)后处理系统技术方案,建立结合前馈模型和反馈控制的SDPF控制策略,利用发动机台架试验对控制参数进行标定,并进行控制策略和排放测试验证。全球统一轻型车辆测试循环(world light vehicle test cycle,WLTC)工况转毂试验结果表明:SDPF化学反应模型的效率与基于NO_(x)传感器的NO_(x)转化效率具有良好的一致性,偏差小于10%,验证了控制策略的正确性和有效性;本方案的NO_(x)转化率达到96.1%,所有污染物排放均满足工程目标,该轻型柴油车排放满足国六b排放标准。

远程控制船舶内河航行风险评价研究

针对远程控制船舶内河航行风险定量评价问题,提出了一种不确定性建模与船模航行试验相结合的风险评价框架,分为模型构建、量化和验证3个部分。在模型构建方面,模型节点来自内河环境、通信、岸端、船端和风险5个方面辨识的船舶远程控制航行风险因素,根据专家经验和航行试验对初始模型结构进行迭代修正,形成了远程控制船舶内河航行风险评价的贝叶斯网络模型;在模型量化方面,为量化父子节点之间线性或非线性关系提出了条件概率计算方法,在内河连续桥区开展船模航行试验,获取了部分根节点的先验概率、航行事故或险情,以及试验人员对航行风险的评价等数据;在模型验证方面,从情景分析、敏感性分析、对比分析3个角度对模型进行了验证。结果表明:在统计的40起航行试验案例中,触碰/碰撞事故占比最高,试验发现了新的失效模式,即控制冲突、程序错误、信号丢失等;构建的贝叶斯网络模型能够有效评价不同情景下航行风险水平,并辨识了与远程控制船舶内河航行风险相关的重要节点。研究结果可以为实现内河船舶远程控制作业模式提供理论依据,也为内河远程控制船舶航行安全提供研究思路。

风级对船舶主推进柴油机加速特性的影响

为了研究船舶主推进柴油机在风浪海况下的加速特性,本文以一艘超大型油轮智能示范船为研究对象,利用模块化方法建立了柴油机、推进系统、船舶三自由度运动和风浪干扰综合模型,分别利用柴油机台架实验和实船试航数据对模型进行了验证。通过模拟不同风级下柴油机的加速过程,计算出不同风级下船舶主推进柴油机的运行极限,揭示风浪对推进系统加速性能的影响规律。研究结果表明:随着风级的增加,柴油机加速过程功率裕度越来越小,且风力为8、9、10级时,安全运行极限为:57.4 r/min&18866 kW、51 r/min&14910 kW、48 r/min&13560 kW;风级大小主要影响加速过程增压器效率,对增压器安全性影响较小。本文研究结果可用于指导船舶航行安全设计。

新型核级电子调速控制器的启动功能验证方法

为确保某新型核级电子调速控制器应用的安全可靠,对其首次应用于应急机组时的启动控制方法开展研究。建立半实物仿真平台作为验证工具,并通过真实试验数据和柴油机参数建立柴油机模型,保证半实物仿真平台与实际柴油机的性能指标相接近。调整新型核级电子调速控制器的启动控制策略与现产品电子调速控制器一致。将新型核级电子调速控制器的启动功能在半实物仿真平台上验证,确保半实物仿真试验启动试验数据与原应急机组启动试验数据接近。在应急柴油机上进行启动功能试验,实机试验结果表明启动性能满足应急柴油机组要求,实机启动试验数据与半实物仿真试验数据基本一致。

船舶中速柴油主机遥控系统的研制

介绍了新研制的一套以可编程序控制器 ( PLC)为控制核心的船舶中速柴油主机遥控系统 .该系统具有成本低、可靠性高、可维性好等特点 ,通过文本编辑器对系统设置的参数进行修改 ,即可适用于不同型号。

SOFIM电控共轨柴油机高海拔性能模拟

为提高电控高压共轨柴油机的高原环境适应性,在内燃机高原环境性能模拟试验台上,对不同模拟海拔下的SOFIM8142.43s电控高压共轨柴油机性能进行了试验研究.结果表明:SOFIM8142.43s电控共轨柴油机进气量和充量系数随海拔升高而减少,海拔每升高1.000.m,进气量和充量系数分别下降7.1%和4%;低速和高速区的动力性和经济性随海拔升高而恶化,海拔5.000.m与0.m相比,1.400.r/min时,功率和转矩下降了67.6%,燃油消耗率增加了38.5%;3.600.r/min时,功率和转矩下降了31.6%,燃油消耗率增加了32.9%;经济区域随海拔升高而变窄,排气温度呈现出二次曲线的变化,其峰值随着转速的升高向大负荷方向移动.

基于转矩模型的高压共轨柴油机控制策略

针对基于转矩模型的柴油发动机控制中,在中高转速时常会因机械损失MAP精度低,造成动力不足和输出转矩延迟的问题,在基于转矩模型的高压共轨柴油机控制策略的基础上,利用GT-Power软件搭建了柴油发动机工作过程的仿真模型。通过仿真研究了发动机的机械损失特性与转矩油量转换的关系,得到了理论MAP图,并根据台架试验结果进行了相应修改。采用改进后的MAP图对ECU控制参数进行了台架试验验证,并依据实际需求调整了控制燃烧的相关参数。发动机台架性能试验、整车转鼓试验和整车路试的结果表明,与改进前相比,发动机的经济性提升了0.8%、动力性提升了1%,整车排放符合国家法规要求;发动机输出转矩跟随特性改善了1.6%。

基于FNN的船舶电站柴油机转速前馈补偿控制研究

为了提高船舶电站柴油机动态和稳态性能,分析了电站柴油机控制方法的特点,采用了模糊神经网络(FNN)来实现负载扰动前馈补偿,建立了基于FNN的前馈补偿控制方法.在MAT-LAB7.0及Simulink4.1环境下,对电站柴油机的转速控制进行了仿真研究.结果表明,该方法提高了电站柴油机的动态和稳态性能.

某船用中速柴油机排放特性试验

对某船用中速柴油机的电控化改造前按推进特性进行了排放试验。试验分析结果表明:该机低转速、低负荷区CO排放浓度低,HC排放浓度高,而高转速高负荷区CO排放浓度高,HC排放浓度低;NOx排放浓度最高位于800r/min附近,而NOx比排放随转速和负荷的升高而降低,其变化趋势主要受油耗率的影响。试验结果可供相关技术人员参考。

船舶电站柴油机非线性H_∞调速器

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H∞调速器。将直接反馈线性化和H∞控制理论相结合应用于柴油机调速器的设计,把系统的性能要求转化为标准H∞控制问题,通过解Riccati方程,获得了柴油机非线性H∞转速控制律。计算机仿真结果表明,设计的非线性H∞调速器能在充分考虑系统模型不确定性的情况下,有效地提高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。

基于遗传算法的船舶柴油机转速控制系统仿真研究

以12E390V柴油机为对象,建立了柴油机简化传递函数和执行器模型。控制方法采用PID控制,并利用遗传算法优化控制器参数,对柴油机动态调速过程进行了仿真分析,并分别和Z N(Ziegler Nichols)法、ISTE最优设定法[1]这2种参数整定方法做了比较。结果表明遗传算法的性能远优于其它2种参数整定法。

船舶电站柴油发电机组H_∞综合控制器的研究

船舶电力系统的稳定性主要取决于船舶电站柴油发电机组转速和电压的响应特性。转速和电压相互作用,对两者进行综合控制非常必要。本文将H∞控制理论应用于柴油发电机组综合控制系统的设计,将系统的性能要求转化为标准H∞控制问题。计算机仿真实验结果表明,本文设计的H∞综合控制器,能在充分考虑系统模型不确定性的情况下,有效地提高系统的动态精度和抑制扰动的能力,解决了转速和电压的综合控制问题,改善了船舶电力系统的稳定性。

船舶主柴油机缸套冷却水出口温度的智能控制

利用传热学的有关理论 ,对船舶主柴油机缸套冷却水系统的传热机理进行了分析 ,给出了船舶主柴油机缸套冷却水系统的动态热力数学模型 ,并将基于神经网络的模糊 PID控制引入到缸套冷却水出口温度控制系统中 ,以实现对对象进行在线控制。仿真结果表明 ,基于神经网络的模糊 PID自适应控制比传统的 PID控制的控制性能更好 ,而且前者具备适应控制环境变化的能力和自学习能力 ,当主机运行工况发生变化时 ,仍具有很好的控制性能。

柴油机高压共轨系统轨压模糊控制与试验

为了改善发动机的冷起动性能以及有利于各工况切换时喷油的精确控制,该文针对采用高压共轨系统的柴油机,建立了基于模型的轨压控制策略,首先分析推导其数学模型;然后利用MATLAB/Simulink建立了轨压控制模型,轨压控制设计了前馈控制加反馈控制的轨压控制器,轨压反馈控制设计了传统的增量式PID(比例-积分-微分,proportion-integration-differentiation)控制器和模糊自适应PID控制器;最后对轨压控制模型进行了离线仿真验证;在此基础上利用硬件在环系统进行发动机台架试验,比较了2种控制器的控制效果。仿真和台架试验结果表明,模糊自适应PID控制器在目标轨压突变时的响应性(响应时间小于0.3 s)和跟随性以及稳定工况下轨压的稳定性(稳态误差小于2 MPa)方面都优于传统的增量式PID控制器,从而验证了控制策略模型的正确性。该研究提出的基于模型的轨压控制策略有助于实现柴油喷油的精确控制,可为柴油机共轨技术国产化提供参考。

船舶自动舵控制算法仿真测试平台

为了方便科研人员进行船舶运动控制算法研究,采用Visual Basic 6.0开发了一套基于Norrbin六自由度非线性船舶运动数学模型的船舶自动舵控制算法仿真测试平台。该平台提供了标准的输入、输出数据接口,用户据此编写航向保持控制算法,不限编程语言和控制算法类型。大量的航海计算、船舶运动数学模型、海况干扰、海图显示、曲线显示、航线规划、报警等程序由测试平台给出。测试结果可与内设算法进行比较,并以简易海图、数字、曲线、综合性能指标的形式显示。以自行设计的航向保持PD控制器作为外接控制器对本系统进行测试,结果令人满意。本测试平台具有界面友好、简洁易用、成本低廉的优点。

能量密度对低温等离子体辅助催化转化柴油机颗粒物和NO_x的影响

为了研究低温等离子体辅助催化后处理技术对柴油机有害排放物的作用效果,基于介质阻挡放电理论设计了低温等离子体(NTP)发生器,研究了NTP发生器工作电压随能量密度的变化关系。以涂覆γ-Al2O3的蜂窝状陶瓷为载体,采用柠檬酸凝胶法制备了LaMnO3催化剂,建立了NTP辅助LaMnO3催化试验系统。在台架试验基础上,研究了能量密度变化对NTP辅助LaMnO3催化技术转化(颗粒物)PM和NOx的影响规律。试验结果表明:在相同频率作用下,NTP发生器的能量密度随着工作电压的升高而增加;与原机相比,NTP辅助LaMnO3催化技术作用后NO浓度显著降低,NO2浓度显著增加,NOx浓度降低;随着能量密度的增加,碳烟转化效果越明显,碳烟的不透光烟度最高降低约83%。结果表明NTP辅助LaMnO3催化技术可有效转化PM和NOx,在柴油机排气后处理领域有着广泛的研究前景。

船舶电站柴油机H_∞调速器的仿真研究

为了提高柴油机调速系统的动态精确度,抑制负荷的扰动,将H∞控制理论应用于柴油机调速系统的设计,将系统的性能要求转化为标准H∞控制问题。计算机仿真实验结果表明,所设计的H∞调速器能在考虑系统模型不确定性的情况下,有效地提高了系统的动态精确度和抑制扰动的能力,改善了船舶电力系统频率的稳定性。

船舶航行数据远程采集系统

介绍了一种基于卫星通信的船舶数据远程采集系统,该系统采用嵌入式控制设计,组合船舶C站和自动识别系统(AIS)设备组建系统,利用C站的卫星通信功能接收陆地远程控制指令,通过嵌入式控制系统实现对C站和AIS设备的远程控制。采集C站和AIS设备中的船舶航行信息,通过卫星通信将航行信息传送到陆地船舶管理系统,实现了船舶数据的远程采集,为提高船舶自动化和现代化管理水平提供了技术平台。

船舶可控被动式减摇水舱的试验研究

可控被动式减摇水舱是一种新型高性能的船舶减摇装置,它是对被动式减摇水舱的一种改进。通过对气体的受力进行分析,推导了气阀的控制方程,在查德惠克U型被动式减摇水舱理论的基础上,建立了“船舶—可控被动式减摇水舱”系统的数学模型,推导了最佳控制策略的理论依据,当横摇角度与边舱液位的相位差成90°时,可控被动式减摇水舱能够得到最大的减摇力矩,减摇效果最佳。通过摇摆台试验确定了水舱模型的固有周期,实现了气阀开启和关闭的最佳控制问题,为实船装备可控被动式减摇水舱提供了试验数据和参考依据。