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56800字硕士毕业论文潜艇救援船电力推进系统半实物仿真的规划与实现

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:56800字
论点:推进,船舶,电力
论文概述:

本文调研、收集国内外的有关船舶电力推进以及硬件在环仿真技能和资料。搭建了整个救生船电力推进系统硬件在环仿真平台,其中包括确立平台内各硬件设备的通信方式、组成平台的各硬件设

论文正文:

第一章引言

1.1研究背景

船舶电力推进作为当今海洋领域的一个研究热点,已有100多年的历史。可以说,它的发展过程非常曲折。最初的新兴时期始于第二次世界大战之前,由于其他相关技术的限制,其发展从那时到七十年代一直停滞不前,而八十年代仍处于蓬勃发展阶段。
从20世纪初到第二次世界大战开始的很长一段时间里,由于大功率机械减速装置不能批量生产,船舶的电力推进在当时非常流行。电力推进装置可以从军舰上的护卫舰到油轮和民用船只上的客货船上看到。到第二次世界大战结束时,大功率机械减速器技术已经完全没有问题了。当时,驱动螺旋桨在电力推进模式下旋转的DC电机,由于其结构复杂,除了换向引起的安全隐患外,不仅需要定期维护,而且功率和速度限制也受到限制。但是,如果用交流电机驱动螺旋桨,由于调速技术的限制,根本无法应用。因此,电力推进很快被我们熟悉的传统推进模式所取代。然而,由于其在机动性和扭矩特性方面的独特优势,常规潜艇和工程船舶在特殊船舶领域仍然采用这种推进方式。
进入20世纪80年代后,电力电子技术的快速发展导致了几种电力设备首先在陆上电网中迅速普及,然后在海洋领域中推广。这项新技术也使休眠的电力推进技术恢复活力。以前受到限制的交流电机调速技术不再是一个限制因素,调速带来的高性能进一步增加了电力推进技术的优势。因此,电力推进模式再次迅速发展。
今天,一批新的高新技术的发展使电力推进模式更加多方位。燃料电池技术在船舶动力方面的突破和新型推进装置电机永磁电机的发展,在某些领域具有相对成熟的技术。随着这些技术的大规模推广和应用,电力推进装置在体积和节能方面的优势无疑将更加突出。凭借这些优势,其应用领域也越来越广,不包括其固有的特殊船舶领域。许多新型的大型游轮、切割船、破冰船和油船都采用了电力推进装置。此外,在新型的与捕鱼有关的船只上,例如对速度有明显要求(速度要求更快)的捕鱼行政执法船和远洋马林鱼的长线渔船(需要低速航行)、操作条件可变的拖网渔船、有足够电力负荷的围网群和鱿鱼渔船,这些要求正是它们在电力推进方面的优势。因此,如果他们采用电力推进,他们无疑将在节能和鱼类适应性方面有突出的表现。可以预见,电力推进由于其自身的优势,在未来将会得到更多领域的青睐。
与采用传统推进方式的船舶相比,电力推进方式具有以下优点:
(1)船舶位置空之间的布局更加灵活,节约成本。
(2)降低油耗。前者可以为在两种推进模式下功率相同的船舶节省10%的燃料消耗。
(3)在机械传动方面,可以省略减速箱,推进电机和螺旋桨可以直接同轴连接。
(4)良好的扭矩和阻力特性使电力推进船舶的机动性和操纵性更加突出。
(5)减少螺旋桨等机械振动和噪音,使环境更加舒适,航行更加隐蔽;
(6)对于集成全电力推进的船舶,民用船舶具有电力设备用电统一分配和管理、节省单独配置的电力系统设备和节约成本的优点。在军舰方面,它有很大的电力储备,可以操作大功率武器和设备,如电磁弹射装置。
船舶电力推进系统可分为几个部分:动力部分、发电机部分、配电装置、变压器部分、变频装置、推进装置和螺旋桨。如下图1-1所示。动力部分可以有多种选择,可以是核能、常规动力或燃料电池。传统的动力部件可以从高速和低速柴油机、燃气轮机等中选择。根据船舶的功率需求来确定。发电机部分一般采用同步发电机。变频装置的控制模式包括矢量控制或直接转矩控制,根据选择的控制模式选择不同的公司产品。推进装置更加多样化,可以选择同步电机、异步电机或DC电机。然而,可以采用不同的激励模式,并且可以选择更详细的模型。

第三章……20-46 [/BR/] 3.1半实物仿真软件框架……20-23 [/BR/] 3.2数据通信接口……23-39 [/BR/] 3.2.1模型和监控……26-31[/ Br/] 3.2.2型号和实时……31-39
3.3用户界面……39-45
3.4……45-46
第4章船舶发动机螺旋桨数学……46-59
4.1螺旋桨和船……46-49 [/BR/] 4.1.1……46-47 [/BR/] 4.1.2……47-49
4.2船舶阻力……49-51
4.3螺旋桨四象限工作……51-54
4.4船舶螺旋桨数学……54-58
4.4.1同构耦合……54-56 [/BR/] 4.4.2船舶-机器-螺旋桨……56-58[/比尔/] 4.5概述……58-59
第5章环形电力推进系统的硬件……59-66 [/BR/] 5.1船帆……59-61 [/BR/] 5.1.1直接启动……59-60
5.1.2分级开始……60-61 [/BR/] 5.2船舶停放试验……61-64 [/BR/] 5.2.1直通车……62-63
5.2.2分级停车……63-64[/比尔/] 5.3船舶反转实验……64-65[/比尔/] 5.4概述……65-66

结论
本文主要设计了救生艇电力推进系统半实物仿真的接口部分和模型部分,并构建了电力推进系统的总体框架。主要工作分为以下几个方面:
(1)研究和收集国内外船舶电力推进和半实物仿真技术的技术和数据。
(2)搭建了救援船电力推进系统硬件在环仿真平台,包括平台中所有硬件设备通信模式的建立、构成平台的所有硬件设备的选择以及逆变器控制异步电机的策略。
(3)详细分析了系统半实物仿真接口的设计方案,包括模型与实时控制器之间的通信、监控接口与模型之间的通信以及实时控制器与可编程控制器之间的通信。
(4)建立了一船一机一桨的数学模型,并在Simulink中建立了模型。