SOLUTION OF THE PROBLEM OF OPTIMAL POWER CONTROL ELECTRIC POWER COMPLEX OF THE SHIP

Abstract

To ensure effective control of the ship's electric power system (SEPS) while stabilizing the movement of the vessel in conditions requiring the use of dynamic compensation of disturbances, in particular waves and wind, it is necessary to implement a method of dynamic compensation. In this case, the conditions for wind, wave loads and currents are not limited. Considering the tonnage and design features of ships, the creation of a control system that is invariant to disturbances is an extremely difficult task. In general, the general optimization task includes the problems of optimal control of the propulsion complex, optimal control of diesel generators, optimal control of ship's electric power system  according to the criterion of minimum generalized work, and quasi-optimal regulation in ship's electric power system.

The peculiarities of the operation of the propulsion complex of the vessel significantly change the load on the propulsion electric motors (ship propulsion complex), which leads to the need to create special systems for maneuvering and control of the ship's electric power system. The advantage of electric propulsion systems, in contrast to diesel ones, is the ability to flexibly redistribute power between the drive motors, high accuracy and speed, which is the most important factor for vessels with dynamic positioning. In this case, the main task of such a system is optimal control according to the criterion of minimum generalized work.

The paper considers the problems of optimizing the operation of diesel generators with a limitation from the side of the stability of the screw stop. It is shown that to ensure the stability of the screw stop, it is necessary to use the methods of optimal control according to the criterion of the maximum speed of response. We also analyzed the hypothesis of convexity of the functional of the goal and controllability of constraints, which makes it possible to implement the Pontryagin maximum principle and Bellman's principle and to determine the dependence of the quality of regulation on the control resource.

The solution of the ship's electric power system optimal control problem corresponds to the criterion of minimum generalized work, and the use of Bellman's principle makes it possible to implement in the future an adaptive controller that provides minimum control costs.

Для забезпечення ефективного керування судновою електроенергетичною системою (СЕЕС) при стабілізації руху судна в умовах, які потребують використання динамічного компенсування збурень, зокрема хвиль та вітру, зазвичай реалізують метод динамічної компенсації. При цьому умови вітрових, хвильових навантажень і течій не обмежені. З огляду на тоннаж і конструктивні особливості суден, створення системи керування, інваріантної до збурень, є вкрай складним завданням. Взагалі, глобальна задача оптимізації включає задачі оптимального регулювання пропульсивного комплексу, оптимального керування дизель-генераторами, оптимальне керування СЕЕС за критерієм мінімальної узагальненої роботи та квазіоптимальне регулювання в СЕЕС.

Особливості експлуатації пропульсивного комплексу судна значним чином змінюють навантаження на гребні електродвигуни (судновий пропульсивний комплекс), що призводить до необхідності створення спеціальних систем маневрування та керування СЕЕС. Перевагою електричних пропульсивних комплексів, на відміну від дизельних, є можливість гнучкого перерозподілу потужностей між приводними двигунами, висока точність та швидкодія, що є найважливішим фактором для суден з динамічним позиціюванням. При цьому основною задачею такої системи є оптимальне керування за критерієм мінімальної узагальненої роботи.

У роботі розглянуто задачу оптимізації роботи дизель-генераторів при обмеженні з боку сталості упору гвинта.  Показано, що для забезпечення сталості упору гвинта треба використовувати методи оптимального керування за критерієм максимуму швидкодії. Також проаналізовано гіпотезу опуклості функціонала цілі і керованості обмежень, яка дозволяє реалізувати принцип максимуму Понтрягіна та принцип Белмана і визначити залежність якості регулювання від ресурсу керування.

Розв’язання задачі оптимального керування СЕЕС відповідає критерію мінімальної узагальненої роботи, а використання принципу Белмана дозволяє реалізувати в подальшому адаптивний регулятор, що забезпечує мінімальні витрати за керуванням.