结合功率管理的动力定位系统推力分配方法研究

作     者：张春来 

作者单位：江苏科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：俞孟蕻

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 082402[工学-轮机工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：电力推进 动力定位 推力分配 功率管理 优化算法 

摘      要：人类对海洋资源的深入开发和广大利用使得动力定位船舶得到了广泛的应用,同时对动力定位系统的性能提出了更高的要求。推力分配处在动力定位系统的最末端,按照一定的逻辑策略将推力指令分配到各个推进器,对船舶定位的精确性、灵活性起着至关重要的作用。而传统的推力分配主要以推力系统功耗最小为目标,没有考虑船上除推进负载以外的其他负载的功耗变化对电网的影响,这可能会造成船舶失电等严重后果。所以本文以全电力推进的动力定位船舶为研究对象,利用推进系统及推力分配算法来协助电力系统的功率管理,旨在减小电网功耗波动,以提高整个电力系统的稳定性。主要工作如下:针对结合功率管理的推力分配方法的研究,先是讨论了功率管理系统的功能模块及相关控制策略,并完成对动力定位推进系统的建模。然后又在推进系统模型的基础上,根据推力分配的原理,建立船体推力结构和约束条件的数学模型,并据此完成推力优化分配的建模。为了解决推力分配问题,介绍了序列二次规划和拉格朗日乘子法两种优化算法,并对乘子法做出改进以满足推力分配的时效性要求;然后基于推力分配模型进行仿真实验,分别利用这两种算法实现对仿真船的推力分配。通过对仿真结果进行分析,验证了两种算法都能较好地完成定位任务。最后又根据结果分析和比较了两种推力分配优化算法的优缺点。为协助电力系统的功率管理以减小电网功耗的波动,采用了基于动态负载控制法的推力分配策略。基于两种控制模式分别对动态负载法进行建模,并针对增载和减载两种功耗波动,在动态负载控制法的两种控制模式下分别进行推力分配仿真实验。通过分析仿真结果,证实了该方法的两种控制模式都能在完成定位任务的同时达到减小电网功耗波动的目的,最后又根据仿真结果分析了两种控制模式各自的优势、不足及适用情况。