[发明专利]一种基于模糊控制的船舶柴电混合动力推进系统

说明书

本发明公开了一种基于模糊控制的船舶柴电混合动力推进系统，根据船舶柴油机推进和电力推进特点，将柴油机动力和电机动力有效结合起来，通过设计的模糊控制器根据柴油机的特性曲线进行柴油机动力与电机动力的协调分配，并通过传动装置，包括离合器、齿轮箱、传动轴系，传递给螺旋桨，进而推动船舶航行。柴电混合动力船舶推进系统包括低速柴油机、三相永磁同步电机、离合器、齿轮箱、传动轴系、调距桨，并通过在工作台中根据柴油机的负荷特性曲线，分析柴油机的最佳工作点，进而分析船舶在不同工况下，柴油机的最佳输出功率。本发明有助于柴电混合动力船舶推进系统设计的发展。

技术领域

本发明属于船舶柴电混合动力推进控制领域，具体涉及一种基于模糊控制的船舶柴电混合动力推进系统。

背景技术

21世纪是挑战与机遇并存的世纪，其中能源与环境则是人类面临的最严峻的问题，能源资源储备量有限，资源耗竭的危机逐步逼近，环境污染日趋恶化，严重影响了经济发展，这些同样是船舶营运业需要应对的难题。在船舶营运业中耗能占比最大同时也是污染排放占比最大的一部分就是船舶动力推进系统。传统的船舶动力推进系统以柴油机为主动力，石油产品则是船舶柴油机的主要燃料，同时柴油机的排放也是对大气造成污染的重要污染源。

船舶柴油机一般使用低速柴油机，由于柴油不易挥发和压缩点火等原因，柴油机冷启动性能较差，即使有启动预热装置，也要预热一定时间后才可启动。柴油机动力由于其功率密度大，其自身在某些工作区间热效率低，排放大量污染物也限制了其进一步发展。随着相关政策法规的不断健全，柴油机的产生的污染物排放成为船舶动力系统集成设计必须考虑的问题。为满足政策法规的要求，柴油机在船舶推进系统设计中应进一步降低其使用率。中国船级社发布的《绿色船舶规范》把低噪声作为绿色船舶的一部分，用以改善船员的工作和居住条件、降低其劳动强度。船舶柴油机由于其高噪声的缺点，不符合船舶对于良好工作环境的发展趋势。传统船舶柴油机单机推进系统结构过于简单，在多种海况中其工作特性差，不符合系统模块化、集成化的发展趋势，在人工智能、自动控制等技术的飞速发展下，其单一、局限的工作模式亟待提高。

要想实现船舶航行过程中的零污染和零油耗，其中一个措施就是采用船舶电力推进系统，但是由于受发电方式、功率密度、以及储能技术的影响，现阶段大部分纯电动船舶存在着速度、加速度以及自控性能不高的问题，同时其续航能力也容易受电池容量制约。考虑到船舶柴油机推进系统和船舶电力推进系统各自都有优缺点，柴电混合动力推进系统，能够充分利用柴油机能量密度高，动力强劲的优点，同时兼顾电力推进无污染、零排放的特点，在某些特定工况，保证柴油机始终在较高的效率区间运行，提高燃料的利用率，同时大大降低有害气体的排放。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于模糊控制的船舶柴电混合动力推进系统。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种基于模糊控制的船舶柴电混合动力推进系统，包括柴油机、电机、模糊控制器、电磁离合器、齿轮箱以及传动轴系、螺旋桨、DC/DC变换器和蓄电池；柴油机和三相永磁同步电机以并联的方式，连接在齿轮箱的两个输入轴上，柴油机和电动机的输出轴上同时配备有不同的离合器1和离合器2，在不同的工作模式下，离合器的开关状态有所不同；在三相永磁同步电机侧，配备由DC/DC逆变器；当三相永磁同步电机做轴带发电机进行发电时，整合三相永磁同步电机侧的电能，并将所发电能传递给蓄电池，对蓄电池进行充电；当三相永磁同步电机做电动机使用时，直接由蓄电池对其进行驱动，DC/DC逆变器此时不工作；模糊控制器进行柴电混合动力船舶工作模式具体如下：

步骤1：将蓄电池的输入信号SOC利用量化因子K₁进行模糊化、船舶运行所需功率T_n利用量化因子K₂首先进行模糊化，并根据模糊化后的值确定模糊化之后蓄电池剩余电量SOC为模糊子集{XS,S,PS,M,PB,B,XB}中的哪个子集，并确定模糊化后船舶运行所需功率T_n为模糊子集{XS,S,PS,M,PB,B,XB}中的哪个子集，并在两者的隶属函数曲线中，找出将输入进行模糊化后的位置；