Модели и алгоритмы оптимизации и совершенствования процессов автоматизации судовых энергетических комплексов

• Автор: Таранин, Александр Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 178 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Модели и алгоритмы оптимизации использования топлива на судах с дизельными энергетическими установками
1.1. Повышение экономичности элементов судовых энергетических комплексов на основе компьютерных технологий и численных методов оптимизации технологических операций
1.1.1. Модель и алгоритм оптимизации расхода топлива при групповом управлении технологическими объектами с использованием инкрементальных характеристик

1.1.2. Алгоритм оптимизации, базирующийся на квадратичном программировании

1.2. Генетический алгоритм оптимизации расхода топлива судовым энергетическим комплексом при изменении условий плавания судна и ситуации на линии
1.3. Сплайн-метод и алгоритм оптимизации режимов работы ДГА на различных сортах топлива
2. Алгоритмы диагностирования технологических операций и оценки параметров рабочего процесса ГД по индикаторным диаграммам
2.1. Оптимизация отладки и совершенствование рабочего процесса судового дизеля как объекта автоматизации по измерениям эксплуатационных параметров и результатам стендовых испытаний
2.2. Диагностирование рабочего процесса судового дизеля по эталонным моделям с применением вейвлетов
2.2.1. Вейвлет-преобразования как процедуры построения высокоточных моделей рабочих характеристик судовых дизелей
2.2.2. Функции пакета Wavelet Toolbox среды MatLAB, реализующие вейвлет-декомпозицию и вейвлет-реконструкцию сложных сигналов
2.3. Алгоритм вейвлет-аппроксимации изменения давления в цилиндре дизеля..
2.4. Функциональное диагностирование изменения давления в цилиндре дизеля по эталонной вейвлет-модели с использованием вейвлетов Добоши

3. Математические модели и алгоритмы оценки влияния условий плавания судна и внешней среды на рабочие процессы элементов судового энергетического комплекса
3.1. Характеристики «часовой расход топлива-скорость судна» как инварианты модели пропульсивного комплекса
3.2. Модель восстановления расходных характеристик в процессе функционирования СЭУ и её использование для оценки экономичности режимов движения судна в рейсе
3.3. Модель построения функционального пространства в терминах параметров «эталонных» характеристик
3.4. Математическая модель и алгоритм кластеризации влияния внешних условий на расход топлива в рейсе
4. Алгоритмы совершенствования процессов автоматизации и оптимизации отладки элементов судовых энергетических комплексов, с целью экономии топлива и повышения энергоэффективности судовых автоматизированных систем
4.1. Параметрическая настройка ПИД-регуляторов частоты вращения судовых дизелей средствами МаЧАВ
4.2. Алгоритм энергоэффективного управления курсом судна, базирующийся на процедуре апериодического управления с использованием матрицы Ляпунова
4.3. Оптимизация отладки элементов динамических систем средствами пассивного управления по заданному спектру собственных частот колебаний
4.4. Методика совершенствования управления технологическими операциями и техническими средствами судовых автоматических систем на автоматизированных тренажёрных комплексах
Заключение
Список использованных источников
Приложения к диссертации

Введение
Оптимизация и совершенствование процессов автоматизации судовых энергетических комплексов является механизмом кардинального повышения энергетической эффективности судов, являющейся одной из важнейших проблем на морском и речном флоте. Фундаментальные положения энергоэффективности и энергоаудита на водном транспорте определяются совокупностью требований национального и международного законодательств, предъявляемых к энергоэффективности всех судов и предприятий судоходной отрасли. Законодательным документом в России является Федеральный закон об энергосбережении №261-ФЗ, принятый в 2009г., действие которого распространяется на имущество российских компаний, в том числе находящееся за границей; закон подлежит выполнению всеми российскими судовладельцами, независимо от форм собственности.
Международные стандарты и требования в области энергоэффективности и энергоаудита нашли отражение в правилах Конвенции МАРПОЛ. Так, с 1 января 2013 года, в соответствии с положениями Резолюции ИМО МЕРС.203(62), вступили в силу новые правила Конвенции МАРПОЛ, непосредственно направленные на повышение энергоэффективности судов. Согласно правилам, на суда, построенные после 1 января 2013 года, распространяется требование по расчету конструктивного коэффициента энергоэффективности (ККЭЭ), а для судов, находящихся в эксплуатации, с этой даты введено требование по наличию на борту и использованию плана управления энергетической эффективностью судна (ПУЭС).
В добавленном к международной конвенции МАРПОЛ приложении VI определены «Правила предотвращения загрязнения атмосферы с судов». В них содержатся требования, ограничивающие выбросы ЬЮх, 80х, летучих органических соединений путем введения ККЭЭ и ПУЭС.
Для судовладельцев повышение энергоэффективности, достигаемое путём снижения расходов топлива и энергии, важно как с позиций снижения выбросов токсичных веществ в атмосферу, так и уменьшения стоимости перевозок при

Рассмотрим решение конкретной задачи для речного судна. (Заметим, что на речных судах скорость хода принято измерять не в узлах, а в единицах (км/ч)). Предположим, что маршрут движения судна по внутреннему водному пути с изменяющимися глубинами судового хода протяженностью 321.4 км разделен на отдельные участки с учётом условий плавания. Протяжённость участков приведена в файле в разделе, содержащем исходные данные: 81, 82,..., Б8. Модели расходных характеристик (ЫЗ) заданы, соответственно, коэффициентами к1, к2,..., к8 и р1, р2,..., р8. Исходя из условий эксплуатации СЭУ в рейсе, введены ограничения на максимальную скорость движения по каждому участку: VI, у2,..., у8.
Экономичные режимы движения судна в рейсе
Режимы:
1. 1аи=23 ч. ; Сор1=3482 6 кг
2 1аи-24 ч. , Сор1=3175.1 кг
3. 1аи=25 ч. ; Сор1=2905 8 кг.
4. 1аи=30 ч. ; Эор1=1955.9 кг
12 13 14 15 16 17
V, (км./ч )
Рис.4.4. Оптимизация режимов движения судна (4 режима) на восьми участках трассы с различными расходными характеристиками Минимальная скорость на всех участках принята Утш = 8.5 км/ч. Из исходных данных сформированы вектора Ушах, Б, к и р. Определено минимально допустимое время прохождения трассы 1аитш .