Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

МЕТОД СИНТЕЗА ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ГРЕБНЫМИ ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ УСТАНОВКАМИ

Авторы:
Город:
Санкт-Петербург
ВУЗ:
Дата:
03 марта 2016г.

Развитие судов специального назначения, для которых большую долю в эксплуатационном профиле занимают режимы маневрирования, частого изменения скорости и направления вращения гребных винтов привело к широкому распространению гребных электрических установок (ГЭУ) [1].

В свою очередь, растущая энерговооруженностью судов, увеличение мощности электроустановок и жесткие ограничения по массе и габаритам судна определяют применение единых судовых электроэнергетических систем (ЕСЭЭС). При такой структуре первичные преобразователи (газовая турбина или дизель) снабжаются электрическими генераторами, которые переводятся в режим работы с постоянной частотой. Энергоэффективность работы первичных преобразователей в такой системе достаточно мала, частично она решается за счет применения нескольких источников электроэнергии и их ступенчатого подключения при увеличении мощности. Помимо этого, ЕСЭЭС включают в себя множество различных преобразователей и других элементов электродвижения, которые вносят дополнительные потери энергии. Поэтому в последние годы разработчики ГЭУ особенное внимание уделяют вариантам построения таких структур судовых энергосистем, которые бы позволили сделать систему более компактной, энергетически эффективной, с оптимальными режимами работы еѐ элементов.

Таким образом, перед проектировщиками стоит задача повышения энергосбережения и снижения потерь при передаче энергии от двигателя к движителю на каждом этапе этого процесса, включая выработку электроэнергии, транспортировку, преобразование и согласование скорости вращения электродвигателя. Наиболее эффективным способом, не требующим каких либо дополнительных затрат, является достижение оптимального управления процессом передачи энергии во всех элементах системы и в системе в целом.

Для решения задачи оптимального управления строится математическая модель управляемого объекта или процесса, описывающая его поведение с течением времени под влиянием управляющих воздействий и собственного текущего состояния. Математическая модель предполагает определение дифференциальных (или разностных) уравнений, описывающих возможные способы движения объекта управления в зависимости от состояния и управления pX=f(U(t),X(t)), и определение ограничений на используемые ресурсы в виде уравнений или неравенств x(t0) = x0, x(t1) = x1, , где pX - производная по времени вектора переменных состояния; X(t) — вектор переменных состояния: U(t) — управление, t0, t1 — начальный и конечный моменты времени.

Под оптимальным управлением будем понимать задачу проектирования системы, обеспечивающей для заданного объекта управления или процесса такой закон управления или управляющую последовательность воздействий, который обеспечивает максимум или минимум ее функционала качества [1]


Задача оптимального управления заключается в нахождении функций состояния X(t) и управления U(t) для момента времени t0 < t

Наиболее широко при проектировании систем управления применяются следующие методы: вариационное исчисление, принцип максимума Понтрягина и динамическое программирование Беллмана [2].

Решение задачи оптимального управления в такой постановке для ГЭУ является проблематичным по следующим соображениям:

отсутствует аналитическое решение задачи для нелинейных систем;

решение задачи даже для линейных систем может быть получено только численными методами и только для квадратичного критерия качества;

непрозрачность критерия качества;

сложность решения линейной задачи при квадратичном критерии качества, требующая применения численных методов.

Эти методы не нашли широкого применения на практике [3, 4].

В докладе предлагается другая постановка задачи оптимального управления ГЭУ по критерию потерь энергии, отличающаяся тем, что для формирования вектора управляющих воздействий X1опт0 решение критерия DP по минимизации потерь ведется для статических переменных, а динамические процессы обеспечиваются формированием контуров обратных связей и вводом корректирующих звеньев, обеспечивающих нулевую статическую ошибку и желаемые переходные процессы. При этом формируется оптимальный регулятор Wопт, выдающий оптимальные управляющие воздействия X1опт0 в зависимости от переменных состояния системы и задающего значения целевой функции Mz (Рисунке 1);

На Рисунке 1 введены следующие обозначения: WО – передаточная функция объекта управления; WР – передаточная функция регулятора;

Wопт – передаточная функция оптимального регулятора; Koc – вектор пропорциональной обратной связи

Mz – заданное значение целевой функции M.

Таким образом, предлагаемый подход к оптимальному управлению ГЭУ позволяет найти и сформировать управляющие воздействия X1опт0, которые минимизируют функцию оптимального управления DP, поддерживают заданное значение целевой функции Mz, которым может быть момент или скорость вращения на валу двигателя. Переход от одного оптимального состояния системы к другому оптимальному состоянию происходит по желаемым динамическим процессам, которые протекают с заданным перерегулированием и максимальным быстродействием. Способ применим также для формирования оптимального управления в кусочно-линейных динамических системах.

Рассмотренный подход может быть применен при построении систем управления, минимизирующих потери энергии при еѐ передаче от теплового двигателя к исполнительному механизму в системах электродвижения на транспорте, а также в гребных электрических установках. Исследования показывают, что экономия энергии составляет порядка 5-13%.

 

Список литературы

1.     Айзенштадт Е.Б., Гилерович Ю.М., Горбунов Б.А., Сержантов В.В. Гребные электрические установки: Справочник/ - 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Судостроение 1985.

2.     Алексеев В.М., Тихомиров В.М., Фомин С.В. Оптимальное управление. М.: Наука. 1979.

3.     Баранов А.П., Раимов М. М. Моделирование судового электрооборудования и средств автоматизации: Учебник для вузов. – СПБ.: Элмор, 1997.

4.     Болтянский В.Г. Математические методы оптимального управления, М.: Наука. 1968.