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风帆助航船舶推进装置调速系统的研究

作　者: 王迪
导　师: 林叶锦; 冯惠
学　校: 大连海事大学
专　业: 轮机工程
关键词: 风帆助航船舶 调速系统 实验平台 定航速控制
分类号: U664.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 66次
引　用: 1次
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内容摘要


世界能源需求不断增长,非再生能源濒临匮乏；发展低碳经济、减少温室气体排放、保护全球生态平衡,已成为全球的共识。在面临能源危机和环境污染问题,巨型船舶消耗大量宝贵的石油资源,而排放大量废气。因而很多国家开始致力于节能减排的风帆助航船舶研究。本文提出风帆助航船舶的定航速调速方式,并以一艘24000载重吨成品油船为研究对象,对其风帆助航的定航速控制调速系统进行分析与研究。首先,根据目标船的特性和参数,对该船舶在无风帆助航和有风帆助航系统航行时,分别对其船、桨或船、桨、帆的配合特性进行分析,并应用MATLAB软件分别对其特性进行了数学建模与仿真。其次,通过分析风帆助航系统对船舶柴油机和机桨匹配工作的影响,提出了风帆助航船舶的定航速控制方式；针对目标船的定航速控制方式设计出风帆助航船舶推进器调速系统,包括系统的总体设计、硬件设计和软件设计。最后,根据目标船的各参数,制作出了以1：229比例缩小尺寸的船模及其模拟动力系统和模拟航行环境,并以此实验平台设计出了风帆助航船舶定航速航行的推进器调速控制系统,进行实验研究。实验结果表明该控制系统具有可行性。本文开展了风帆助航船舶定航速调速系统的探索性研究工作,通过理论分析、建模仿真和实物实验分析研究,积累了一定的经验,为课题的后续工作提供了研究方法。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 背景  9
  1.2 相关领域研究现状  9-12
    1.2.1 风帆助航船舶研究现状  9-11
    1.2.2 风帆助航船舶推进器调速系统研究现状  11-12
  1.3 课题的提出和意义  12
  1.4 本文的主要工作  12-14
第2章 目标船风帆助航的船、桨、帆配合特性分析  14-28
  2.1 目标船概述  14-15
  2.2 船舶螺旋桨特性分析  15-16
    2.2.1 螺旋桨水动力特性  15
    2.2.2 螺旋桨与船体间相互作用分析  15-16
  2.3 目标船螺旋桨和船体相互作用分析  16-24
    2.3.1 目标船螺旋桨的敞水特性  16-20
    2.3.2 目标船船体运动特性  20-21
    2.3.3 目标船船体运动特性仿真结果  21-24
  2.4 风帆助航船舶的船桨帆相互作用分析  24-28
    2.4.1 风帆助航船舶定航速航行柴油机转速仿真模型  24
    2.4.2 风帆助航船舶运动仿真模型  24-26
    2.4.3 风帆助航船舶定航速航行仿真结果  26-28
第3章 风帆助航船舶推进器调速系统设计  28-41
  3.1 风帆助航系统对船舶的影响  28-29
  3.2 推进器调速系统的总体设计  29-31
    3.2.1 调速系统的定航速技术要求  30
    3.2.2 调速系统的总体设计  30-31
  3.3 推进器调速系统的硬件设计  31-33
    3.3.1 调速系统硬件总体设计  31-32
    3.3.2 航速测量传感器—GPS  32-33
  3.4 推进器调速系统的软件设计  33-41
    3.4.1 控制策略  33-34
    3.4.2 航速测量模块软件设计  34-36
    3.4.3 PID控制模块软件设计  36-38
    3.4.4 调速控制模块软件设计  38-40
    3.4.5 主程序设计  40-41
第4章 风帆助航船舶推进器调速控制实验研究  41-65
  4.1 系统总体设计思路  41-43
  4.2 机械结构的设计与制作  43-48
    4.2.1 船舶模型的设计与制作  43-45
    4.2.2 航行平台设计与制作  45-46
    4.2.3 整流装置的整流效果的分析  46-48
  4.3 系统硬件电路设计与制作  48-56
    4.3.1 基于C8051F330单片机的主控单元设计与制作  48-51
    4.3.2 电机驱动模块设计与制作  51-53
    4.3.3 转速测量模块设计与制作  53-55
    4.3.4 压力传感器模块设计与制作  55-56
  4.4 系统软件程序设计与实现  56-63
    4.4.1 总体设计方案  57
    4.4.2 电机驱动模块  57-58
    4.4.3 压力测量模块  58-59
    4.4.4 PID控制模块  59-61
    4.4.5 螺旋桨转速测量模块  61-62
    4.4.6 系统主函数程序设计  62-63
  4.5 系统调试和实验总结  63-65
    4.5.1 系统分模块调试  63
    4.5.2 试验总体调试  63-65
第5章 总结与展望  65-67
  5.1 论文总结  65
  5.2 论文展望  65-67
参考文献  67-70
附录 试验场景  70-72
致谢  72

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 船舶机械 > 船舶推进装置
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