OPTIMAL CONTROL OF VESSEL COMBINED PROPULSIVE COMPLEXES

Аннотация

The article is devoted to solving the problem of optimal control of ship combined propulsion systems with differential drive-generator units in order to increase their efficiency.

The analysis of the structure of the ship propulsive complex as a hydromechanical system, including the ship's hull and propulsive installation, in which the energy of the working body is converted into an emphasis that drives the ship's hull, the substantiation of the prospects operating on one or more engines.

The mathematical model of the control process of the ship combined propulsive complex is considered, which allows to analyze the operation of the shaft generator set with the differential drive-generator unit both in running and in emergency mode.

The problem of control of ship combined propulsive complexes is formalized on the basis of the criterion of the generalized estimation of quality of their functioning that considers deviation of running load of a propulsive complex at restrictions concerning deviation of consumer’s power supply.

A new method of optimal control of the frequency converter of the support generator is proposed, which ensures the minimization of a certain criterion with observance of the corresponding restrictions.

The algorithm of optimal control of the combined propulsive complex includes: stages of the analysis of values of the set and operating mechanical power on the vessel propeller; determination of electric power produced by the auxiliary power plant of the vessel and consumed in the appropriate mode; calculation of control of the frequency converter, which provides by maintaining the appropriate power of the support generator, the minimum deviation of power on the propeller while ensuring the required energy balance of the ship's power supply.

Given the random nature of loads from the electrical system and directly to the propulsion system, which complicates the implementation of the presented algorithm for optimal control in real time, the feasibility of using fuzzy algorithms to improve the efficiency of control processes.

The obtained results can be used in the construction of highly efficient control systems for marine combined propulsion systems, to improve the quality of electricity in the ship's energy system and to ensure the efficiency of the ship's power system in emergency situations.

Стаття присвячена розв’язанню задачі оптимального керування судновими комбінованими пропульсивними комплексами з диференційними привод-генераторними агрегатами з метою підвищення їх ефективності.

У роботі виконано аналіз структури суднового пропульсивного комплекса як гідромеханічної системи, що включає корпус судна і пропульсивну установку, в якій енергія робочого тіла перетворюється в упор, що приводить в рух корпус судна, обґрунтовано перспективність впровадження комбінованих пропульсивних комплексів, в яких застосовуються кілька різнотипних двигунів, що працюють на один або кілька рушіїв.

Розглянуто математичну модель процесу керування судновим комбінованим пропульсивним комплексом, що дозволяє проводити аналіз роботи валогенераторної установки з диференційним привод-генераторним агрегатом, як при ходовому, так і при аварійному режимі функціонування.

Формалізовано завдання керування судновими комбінованими пропульсивними комплексами на основі критерія узагальненої оцінки якості їх функціонування, що враховує відхилення ходового навантаження пропульсивного комплексу при обмеженнях щодо відхилення потужності бортової мережі від бажаної та сформульовано задачу оптимального керування судновими комбінованими пропульсивними комплексами за мінімумом відхилень механічної потужності при обмеженнях щодо забезпечення живлення споживачів.

Запропоновано новий метод оптимального керування частотним перетворювачем генератора опори, що забезпечує мінімізацію визначеного критерію із дотриманням відповідних обмежень.  Алгоритм оптимального керування комбінованого пропульсивного комплекса включає: етапи аналізу значень заданої та діючої механічної потужності на гвинті судна; визначення електричної потужності, що виробляється допоміжною енергетичною установкою судна та споживаної у відповідному режимі; обчислення  керування перетворювачем частоти, що забезпечує за рахунок підтримання відповідної потужності генератора опори мінімум відхилення потужності на гвинті при забезпеченні необхідного енергетичного балансу електромережі судна.

Враховуючи випадковий характер навантажень, як з боку електричної енергосистеми, так і безпосередньо рухової установки, що ускладнює реалізацію представленого алгоритму оптимального управління в реальному часі, обґрунтовано доцільність застосування нечітких алгоритмів для підвищення ефективності процесів керування.

Отримані результати можуть бути використані при побудові високоефективних систем керування судновими комбінованими пропульсивними комплексами для  покращення якісних показників електричної енергії в судновій енергетичній системі та забезпечення працездатність суднової енергосистеми при аварійних ситуаціях.