【作者】

Nikolaos Planakis, George Papalambrou

【摘要】

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 混合动力系统已经成为海洋工业发展的新焦点，因为它们承诺为日益增长的环境问题提供解决方案。针对这些挑战，介绍了新技术和先进的控制方法。 本文采用模型预测控制（MPC）的实现方法，研究了混合动力柴油-电力船舶推进系统的能量管理策略问题。利用所开发的方法，基于动力总成实验数据的系统辨识，用数学模型描述了系统的动态行为。已经考虑了影响动力装置性能的各种输入和干扰源。重点是柴油发动机瞬态运行期间的发动机空燃比（λ）值、氮氧化物排放量和燃油消耗量，以及应用于船舶的总负载的变化、动力总成转速及提供给电机用于产生扭矩的控制命令。该装置的模型可用于预测控制器的设计。 MPC是一种复杂的控制方法，它在短时间内根据对未来设备响应的了解，计算出下一步控制输入的最佳序列。在闭环操作期间，遵循从查找表派生的λ值引用。同时，MPC控制器设计用于处理电机可提供的最大扭矩的物理限制，并满足柴油机氮氧化物排放和燃油消耗的操作限制。对功率分配命令进行计算，使预测范围内的性能指标最小化。在性能指标中，对λ参考的跟踪误差、控制指令的振荡，以及违反氮氧化物和燃油消耗限制进行修正。 在船舶工程实验室（LME/NTUA）的混合式柴油-电力实验装置中，对所提出的控制器设计方法进行了评估。确定了2种多输入多输出（MIMO）模型。第一个模型使用预先知道的负荷需求来预测未来的装置行为，而第二个模型使用动力总成的其他信号来估计系统输出。 在柴油-电力混合动力试验台上，在实际运行条件下对控制器的性能进行了实验验证，评估了各种抑制干扰的策略，并在理想的范围内对装置进行了操作。实验研究了螺旋桨、发电机等各种负载情况。结果表明，在处理输入和输出约束的同时，MPC在减少气体排放和提高燃料消耗方面是一种很有前途的控制方法，可以有效地控制核电站的瞬态运行。

【会议名称】

第29届CIMAC会议

【会议地点】

加拿大 温哥华

【下载次数】

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