船舶混合动力系统能量管理策略研究

摘要

目前国际能源危机愈演愈烈，而环境污染问题也日益严重，这些问题大多是由于工业生产以及交通运输过程导致的，例如车辆、船舶等耗费全球本就不多的不可再生能源，并且在燃料燃烧的过程中，排放大量的危害环境的气体。而对于船舶运输行业而言，为克服这些问题，走可持续发展的道路，研发新型的节能环保的船体系统结构是有必要的。
　　因此国际航运业将目光转向了绿色船舶的新型设计上，以此来实现节能减排的目的。混合动力船舶就是在绿色技术这一新的概念下应运而生的。为了保证船舶能够安全平稳地运行，并且能够达到能源的高效利用，实现对危害环境的气体排放量的降低，混合动力船舶的能量管理系统也需要进一步开发研究。
　　国际上对混合动力汽车的能量管理策略已经研究到一定的程度，考虑到汽车和船舶在某些动力性能上的相似性，故将混合动力汽车的能量管理策略沿用到船舶领域。
　　本文对于混合动力系统能量管理策略的研究方向，着眼点放在主推进柴油机、电动机、蓄电池组在不同的运行工作状况下，它们之间的功率分配的问题，在能够满足船舶系统安全性的同时，实现节能减排、降低运营成本的目的。本论文所做的工作具体描述为以下几个方面：
　　（1）研究了传统的耙吸式挖泥船的系统结构组成，主要针对其工作循环过程以及燃油消耗量和污染气体排放进行分析。建立其燃油消耗及排放模型，通过输入实船的真实功率需求数据到模型中，得到油耗和排放曲线图。
　　（2）建立混合动力系统的燃油消耗及排放模型，针对具体的功率需求及蓄电池的剩余容量值，运用阈值法，调整系统的工作方式，获取混合动力油耗和排放曲线图，并与传统的船舶动力系统得到的结果比较分析混合动力系统在某些方面是否具有优越性。
　　（3）在阈值控制法的基础之上，针对阈值控制方法在理论上面的不足，引进了模糊控制算法，构建模糊控制器，使用模糊控制策略来对该混合动力系统控制，并对混合动力系统中的蓄电池组的剩余容量进行改良控制，最后比较分析在该模糊控制策略下油耗和排放结果。
　　（4）模糊控制器的设计具有很强的经验性和设计者的主观性，因此，在模糊控制器中引入粒子群算法，优化模糊控制器中的参数，通过仿真实验验证，使得模糊控制器的控制效果更好。

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目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究状况

1.3 本文研究目标及具体的章节内容

第2章 混合动力系统工作方式的研究与分析

2.1 研究对象的动力装置概述

2.2 混合动力系统的设计

2.3 动力系统的选型[18]

2.4 重设计前后的空间和总重量比较分析

2.5 本章小结

第3章 混合动力系统的油耗与排放建模和仿真

3.1 混合动力系统模型的搭建

3.2 原始动力系统的燃油消耗和排放实验结果

3.3 阈值法控制混合动力系统的实验结果

3.4 实验结果分析比较

3.5 本章小结

第4章 基于模糊控制策略的混合动力系统

4.1 模糊控制问题的提出

4.2 模糊控制基本理论

4.3 模糊控制系统

4.4 模糊控制策略设计

4.5 实验结果分析比较

4.6 本章小结

第5章 基于粒子群算法的模糊控制规则优化设计

5.1 优化问题的提出

5.2 粒子群算法简介

5.3 粒子群算法的实现

5.4 PSO模糊控制策略下的实验结果对比

5.5 本章小结

第6章 总结和展望

6.1 全文总结

6.2 不足之处及后续研究展望

致谢

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文