Научная статья на тему 'Моделирования режимов работы судовой энергетической установки комбинированного пропульсивного комплекса с системой управления на основе электронных регуляторов'

Моделирования режимов работы судовой энергетической установки комбинированного пропульсивного комплекса с системой управления на основе электронных регуляторов Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»

CC BY
129
34
Поделиться
Ключевые слова
СУДОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА / КОМБИНИРОВАННЫЙ ПРОПУЛЬСИВНЫЙ КОМПЛЕКС / МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / ЭЛЕКТРОННЫЙ РЕГУЛЯТОР / ПОДРУЛИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО / ДИЗЕЛЬ / ДИНАМИЧЕСКОЕ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ / SHIP POWER PLANTS / COMBINED PROPULSION COMPLEX / MATHEMATICAL MODELING / ELECTRONIC CONTROLLER / THRUSTER / DIESEL / DYNAMIC POSITIONING

Аннотация научной статьи по машиностроению, автор научной работы — Юшков Евгений Александрович

В результате анализа режимов работы судовой энергетической установки комбинированного пропульсивного комплекса предложены схемы оптимизации математической модели указанного комплекса. Модель основана на применении электронных регуляторов в системах автоматического регулирования и управления дизелем и подруливающим устройством, которые позволяют реализовать более сложные алгоритмы управления с точки зрения повышения эффективности работы судовой энергетической установки при нормальных и аварийных режимах.

Похожие темы научных работ по машиностроению , автор научной работы — Юшков Евгений Александрович,

MODELING OF OPERATION MODES OF SHIP POWER PLANT OF COMBINED PROPULSION COMPLEX WITH CONTROL SYSTEM BASED ON ELECTRONIC CONTROLLERS

Purpose. Designing of diagrams to optimize mathematic model of the ship power plant (SPP) combined propulsion complexes (CPC) for decreasing operational loss and increasing fuel efficiency with simultaneous load limiting on medium revolutions diesel generator (MRDG) by criterion reducing of wear and increasing operation time between repairs. Methodology. After analyzing of ship power plant modes of CPC proposed diagrams to optimize mathematic model of the above mentioned complex. The model based on using of electronic controllers in automatic regulation and control systems for diesel and thruster which allow to actualize more complicated control algorithm with viewpoint of increasing working efficiency of ship power plant at normal and emergency modes. Results. Determined suitability of comparative computer modeling in MatLab Simulink for building of imitation model objects based on it block diagrams and mathematic descriptions. Actualized diagrams to optimize mathematic model of the ship’s power plant (SPP) combined propulsion complexes (CPC) with Azipod system in MatLab Simulink software package Ships_CPC for decreasing operational loss and increasing fuel efficiency with simultaneous load limiting on medium revolutions diesel generator (MRDG) by criterion reducing of wear and increasing operation time between repairs. The function blocks of proposed complex are the main structural units which allow to investigate it normal and emergency modes. Originality. This model represents a set of functional blocks of the components SPP CPC, built on the principle of «input-output». For example, the function boxes outputs of PID-regulators of MRDG depends from set excitation voltage and rotating frequency that in turn depends from power-station load and respond that is a ship moving or dynamically positioning, and come on input (inputs) of thruster rotating frequency PID-regulator models. Practical value. The results of researches planned to use in creation of software package Ships_CPC, in Mat Lab/Simulink was developed under the state budget project «Concepts, technologies and ways of improving ship plants combined propulsion complexes» at the Department of Electromechanics and Electrical Engineering of National University «Odessa Maritime Academy» (State registration number 0114u000340).

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Моделирования режимов работы судовой энергетической установки комбинированного пропульсивного комплекса с системой управления на основе электронных регуляторов»

УДК 629.5.065.23:62-523.8

doi: 10.20998/2074-272X.2016.6.07

е.О. Юшков

МОДЕЛЮВАННЯ РЕЖИМ1В РОБОТИ СУДНОВО1 ЕНЕРГЕТИЧНО1 УСТАНОВКИ КОМБ1НОВАНОГО ПРОПУЛЬСИВНОГО КОМПЛЕКСУ 13 СИСТЕМОЮ КЕРУВАННЯ НА ОСНОВ1 ЕЛЕКТРОННИХ РЕГУЛЯТОР1В

У результата анатзу режим1в роботи судновоТ енергетичноТ установки комбжованого пропульсивного комплексу за-пропонован1 схеми оптимпацй' математичноТ модел зазначеного комплексу. Модель основана на засшосуванш елект-ронних регулятор1в в системах автоматичного регулювання Ь управлння дизелем Ь тдрулюючим пристроем, ят до-зволяють реажзувати бтьш складт алгоритми управлння з точки зору тдвищення ефекшивностi роботи судновоТ енергетичноТ установки при нормальних i аваршнихрежимах. Бiбл. 9, рис. 6.

Ключовi слова: суднова енергетична установка, комбшований пропульсивний комплекс, математичне моделювання, електронний регулятор, пвдрулюючий пристрш, дизель, динамiчне позищювання.

В результате анализа режимов работы судовой энергетической установки комбинированного пропульсивного комплекса предложены схемы оптимизации математической модели указанного комплекса. Модель основана на применении электронных регуляторов в системах автоматического регулирования и управления дизелем и подруливающим устройством, которые позволяют реализовать более сложные алгоритмы управления с точки зрения повышения эффективности работы судовой энергетической установки при нормальных и аварийных режимах. Библ. 9, рис. 6. Ключевые слова: судовая энергетическая установка, комбинированный пропульсивный комплекс, математическое моделирование, электронный регулятор, подруливающее устройство, дизель, динамическое позиционирование.

Вступ. Протягом останшх рошв гребш енергети-чш установки (ГЕУ) стали кращим ршенням для деяких видiв суден. Так зваш комбшоваш пропульси-вш комплекси (КПК) з електричними силовими дви-гунами на лшп валу працюють зi змшною швидшстю у всьому дiапазонi координат з безпосереднiм регу-люванням моменту та живляться вiд заснованих на багато-шинних конструкцiях гнучких систем змшного струму з нерiвномiрним розподшенням iмпедансу [1, 2], як1 представляють собою eдинi електроенергетичнi системи з дешлькома дизель- або турбо-генераторами, що виявили багато переваг у дешлькох напрямках суднобудування. Економiя палива, зниження витрат на обслуговування, полiпшена маневрешсть, висока надiйнiсть, зниження шуму i вiбрацil - це те основне, що ввдзначае цi системи на сучасному ринку. Крiм того, додатковi початковi витрати, пов'язанi зi збшь-шенням числа компонентiв, не швелюють зазначенi переваги, тому що подiбнi системи е дуже гнучкими в плаш експлуатацй, управлiння та розташування на борту судна. Електричне обладнання також виявляе високу ефективнiсть у великому дiапазонi експлуата-цiйних режимiв. Але, щоб скористатися всiма перевагами таких систем, сьогодення вимагае дослщження iснуючих моделей ГЕУ КПК, розробки нових моделей i стратегiй управлшня, аналiзу та оптимiзацil !х для морських суден, працюючих у рiзноманiтних експлу-атацiйних умовах [3], зокрема у режимi утримання позицп (БР).

Постановка задач. Детальнi математичнi моделi ГЕУ КПК представленi та вивчаються дуже ретельно продовж останнiх рошв [4], де основний акцент придь ляеться середньо-обертовим дизель-генераторам (СОДГ). Ввдомо, що судновi системи живлення мають жорстш вимоги що до напруги i частоти так, що моделi СОДГ, розробленi з цього розгляду, не мають перспектив до змшення. Вони вщизняються мiж собою в елек-троенергетичнш частинi i у споживаннi потужностей.

Перетворювачi частоти (ПЧ), пiдрулюючi пристро! (ПП) та iнше внутрiшнe навантаження включено у функцiональнi блоки споживання енерги, Í3 розподiлом загальних активно! та реактивно! потужностей. П1Д-регулятори СОДГ, ПП та автоматичнi регулятори напруги (АРН) перевiряються з точки зору продуктивно-стi [5], i виявилось, що цього достатньо для iMn^rnrnx моделей, як1 охоплюють основнi показники систем живлення судново! енергетично! установки (СЕУ) КПК, але замало для урахування деградацiйних ефек-т1в, виникаючих на лiнiях ватв [6, 7].

На сучасному етат технiчно! експлуатацй' подiб-них систем стоять наступш проблеми:

• дотримання систем вимогам менеджменту якостi (Failure modes and effects analysis - FMEA), з якими стикаються на етат експлуатацй;

• утфгкащя системи управлшня розподшу потуж-ностi (Power Management System - PMS) у комбшаци функцiй по ввдношенню до шших подiбних;

• незалежнiсть складових систем PMS одна вiд одно! навиъ до рiвня датчиков;

• не тiльки зменшення потужносп в розрахунку на загальне розрахункове навантаження, але також i навантаження окремого генератора;

• вщповвдшсть системи умовам збiльшення навантаження з точки зору достатносл для забезпечення нормально! роботи в залежносп вщ будь-яко! ненормально! ситуацп i не перевантажування судново! еле-ктроенергетично! системи (СЕЕС) взагалi.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Для виршення зазначених вище проблем необ-хвдно, на пiдставi теоретичних припущень, що стосу-ються електронних регуляторiв i моделей теплових двигунiв та шдрулюючих пристро!в, розробити схеми оптиодзацц математично! модел1 СЕУ КПК, яш б дозволяли реалiзувати бiльш складш алгоритми управлiння з точку зору пвдвищення ефективностi роботи СЕУ для усього дiапазону навантаження.

© е.О. Юшков

Цшь статть Розробка схем оптимiзацi! матема-тично! моделi СЕУ КПК з гвинто-кермовою установкою типу Azipod для скорочення експлуатацiйних витрат i тдвищення паливно! ефективностi з одноча-сним обмеженням навантаження на СОДГ за критерь ем зменшення зносу та збшьшення мгжремонтного перiоду.

СОДГ зазвичай розраховаш на короткочаснi пе-ревантаження до 115 % вщ номiнального. Генераторнi агрегати розташованi по три у двох машинних ввддъ леннях (МВ). Кожне МВ мае незалежну систему до-пом1жних механiзмiв, що включае в себе паливну систему, повiтря низького тиску i охолоджуючо! води, якi мають можливють перехресного пiдключення. Двi групи з трьох СОДГ пiдключенi до двох основних секцш шин високо! напруги. Секцй' з'еднанi мiж собою секцшним вимикачем.

Вiд головного розподшьного щита (ГРЩ) високо! напруги через знижуючи трансформатори отримае живлення розподiльнi щити (РЩ) власних потреб, а також трансформатори подачi живлення на техноло-гiчнi електроприводи, притаманш даному типу судна. Система розпод^ низько! напруги складаеться з двох основних шин лiвого та правого борпв на рiвнi головно! палуби, яш живляться ввд головних трансфо-рматорiв високо! напруги, з'еднаних мiж собою вими-качами, що зблокований з трансформатором фщерних вимикачiв.

Кожен СОДГ обладнаний незалежною системою контролю та регулювання потужнiстю (рис. 1). Комплекта розподiльчi пристро! СОДГ мютять: реле управлiння генератором, цифровий модуль синхрош-зацп та розподшу навантаження, PLC з iнтерфейсами введення/виводу, силовi перетворювачi i пульт управ-лiння з панеллю сигналiзацi!. СОДГ укомплектован системою управлiння (ДАУ, Electro-Motive Diesel Engine Control system - EMDEC), яка забезпечуе контроль швидкосп iз замкнутим контуром, шжекторне впорскування, старт/стоп функцп i сигналiзацiю. ДАУ СОДГ живляться вiд мереж1 24/48 В постiйного струму видшено! батаре!/зарядного пристрою.

Рис. 1. Конфпуращя системи управлiння СОДГ: PLC -програмований логiчний контролер; DMS - система управ-лшня даними; RPU - пристрш управлшня резервним жив-ленням; UPS - пристрш безперервного живлення

СОДГ може запускатися з передньо! панелi у ручному режим^ або дистанцiйно у режимi «Авто» системою DMS. Розпод№чий PLC керуе функцiями дви-гуна, а модуль цифрово! синхрошзацп та контролю навантаження DSLC керуе синхрошзащею i розподь лом потужносл.

Система DP е подвiйно-резервованою (рис. 2). ^i основних операторських консолi управлiння (ASK1, ASK2) мiстять керуючi процесори, клавiатури управлiння i дисплей. Система DP може контролюва-ти до восьми двигунами ПП, у звичайному режимi -до чотирьох. Управляючi консолi розташованi у ходо-вiй рубцi, де також знаходяться три пристро! обробки сигналiв (SPU1, SPU2, SPU3), як представляють собою пристро! вводу/виводу сигналiв ввд блоков датчиков положения, проскошв, датчиков перемiщення i вiтру. Кожен окремий блок мае незалежний канал зв'язку з основним центральним управляючим ком-п'ютером.

Рис. 2. Структура системи DP: ASK - Automatic Station Keeping (автоматична станщя управлшня позицтаванням);

SPU - Signal Processing Unit (модуль обробки сигналу);

HART - Highway Addressable Remote Transducer Protocol (цифровий промисловий протокол передачi даних)

Два блошв обробки сигналiв (SPU4 та SPU5), ро-зташоваш на ГРЩ, виконують функцiю обробки сиг-налiв управлiння живленням ввд двох резервних ш-терфейсних пристро!в вводу/виводу.

В якостi джерел електрично! енергi! в ГЕУ КПК використовуються явнополюсш безщiтковi синхроннi генератори (СГ) високо! напруги з дизель- або турбо-приводом. Найбiльш зручною формою математичних моделей таких машин е форма подання машини в ортогональнш системi координат d,q, що жорстко пов'язана з ротором i обертаеться разом з ним з синхронною швидшстю [8]. Дана система координат мае переваги перед нерухомою системою координат a,b,c, у якш, при обертанш ротора, ос обмоток статора i ротора взаемно перемiщаються, тому фазш змiннi напруги, струму та потокозчеплення виражаються перiодичними величинами. Вектори напруги, струму та потокозчеплення в перпендикулярно розташованих осях d,q е постшними i нерухомими вiдносно осей, що виключае взаемоiндукцiю мiж ними i спрощуе аналiз моделi. До недолЫв моделювання в осях d,q можна вiднести неможливiсть дослвдження несиметричних режимiв. З метою пiдвищення наочносп моделювання та спрощення аналiзу результата зручнiше користу-ватися рiвняннями у ввдносних одиницях.

Для жорстких рамок фшсовано! напруги i частоты для ГРЩ та РЩ для еталону використовуеться значення напруги та коефiцiента потужностi на збiр-них шинах. Суднова енергосистема е iзольованою i для модел^ що представлена в цiй стати, швидкiсть обертання ротора одного СГ обрана в якост базово!, а кути потужносп iнших генераторiв розраховуються по ввдношенню до не!. Кут потужносп базового генератора i напруга на шинах обчислюеться модулем навантаження залежно вiд струмiв генератора.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Для кожного з СГ використовуеться модель 7-го порядку, а взаемозв'язок мiж генераторами здшсню-еться через модуль навантаження, що представляе загальне навантаження в якосп змшного iмпедансу, що додае векторш складовi навантаження до вихвдних струмiв генераторiв i повертае вектор напруги на шинах залежно вщ характеристики навантаження (постшний iмпеданс, постiйна потужнiсть тощо). Електричнi величини моделюються у осях й,у. На-приклад, модель одного СОДГ складаеться з моделi дизеля та СГ, ШД-регулятора швидкостi обертання дизеля та АРН (ЛУЯ). Функцiя включен-ня/виключення для кожного СОДГ входить до моделi симуляцп навантаження при шдключенш/ввдключенш даного агрегату до ГРЩ. Схема загально! структурi моделi з вхвдними та вихiдними параметрами показано на рис. 3.

Регулятор обер-пв (governor) та АРН (AVR) z. ДГ1 T СГ, i dl, iq1 Модуль навантаження

uf, Ud1,Uql

Ue

Т » setl, Uset1 ■ ■ • Q, • • •

Регулятор обертгв (governor) та АРН (AVR) ДГ i Tm, СГ1 idi, lqi

u„ Ud , Uqi,A5i

»i

Ue

f • Pi Q,

р«, а

Рис. 3. Блок-схема мод^ судново! електростанци: г - пали-вний шдекс, в.о.; Тт - постшна часу дизеля, с; щ- уставка напруги збудження, в.о.; а - частота обертання валу СОДГ, рад"1; гй, г„, ий, иу - складовi струму та напруги по ввдповщ-них осях, в.о.; Р, Q - значення активно! та реактивно! поту-жностей, в.о.; АЗ - кут навантаження, рад

Розробляючи математичну модель АРН на основi електронного П1Д-регулятора i силового нашвпровщ-никового комутатора, необхвдно врахувати !х харак-тернi особливостi [9]. Призначення пропорцшно-iнтегрально-диференцiйного (П1Д) регулятора поля-гае у пiдтримцi заданого значення и8е1; деяко!' вхвдно! величини шляхом и порiвняння з вихвдним поточним значенням ие, яке здшснюеться за допомогою сигналу негативного зворотного зв'язку и^.. Рiзниця цих двох величин i називаеться неузгодженiстю або вщхилен-ням вiд задано!' величини.

Силовий нашвпровщниковий комутатор (СПК) АРН виконуе функцiю ключа мiж джерелом постшно!

напруги i обмоткою збудження безщпжового збудни-ка. Регулювання напруги збудника здшснюеться за рахунок регулювання тривалосп включеного (в!д-ключеного) стану нашвпровщникового ключа, тобто за рахунок ширини iмпульсу, поданого в обмотку збудження збудника. Такий вид регулювання називаеться широтно-!мпульсним (Ш1М), при цьому СПК мають частоту перемикань до 10 кГц. У загальному випадку силовий перетворювач е нелшшною динамь чною ланкою. Так як частота перемикань значно пе-ревищуе смугу пропускання системи, то силовий перетворювач також може розглядатися i як безшер-цiйна ланка. Як ланка системи регулювання, СПК зазвичай описуеться аперюдичною ланкою або ланкою з зашзненням.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Для нормально! роботи АРН повинш бути вказа-нi граничнi значення вихвдно! напруги для попере-дження ситуацiй перезбудження i недозбудження генератора. Блок обмеження - це стабiлiзуючий еле-мент. Також модель АРН необхщно доповнити еле-ментом, що описуе вимiрювальний перетворювач змiнно!' напруги генератора в сигнали постiйного струму, адаптований для П1Д-регулятора. Перетворювач напруги перетворюе сигнали з вимiрювальних трансформаторiв в цифров^ його передавальну функ-цш можна також виразити через аперюдичну ланку першого порядку.

Регулювальним параметром приводного двигуна СОДГ, як об'екта системи автоматичного регулювання (САР), е частота обертання його валу. Момент, що розвиваеться двигуном, компенсуеться моментом втрат i моментом опору генератору, яш перешкоджа-ють обертанню валу. Обертаючий момент двигуна безпосередньо залежить вiд кiлькостi палива, котре поступае в нього, отже, регулюючий вплив на частоту обертання валу двигуна створюеться регулюючим органом, що змiнюе кшьшсть палива. Для дизельного двигуна таким регулюючим органом е рейка паливних насоав високого тиску (ПНВТ). У суднових СОДГ, що виробляють змшний струм, до стaлостi частоти обертання приводного дизельного двигуна пред'явля-ються найбшьш жорстк1 вимоги, що забезпечуються вимогами нормативних документiв до частоти змшного струму судново! мереж!, тому необхщно тдтри-мувати швидкюний режим роботи приводного дизеля з високою точнютю, незалежно в!д змши електрично-го навантаження судново! електростанци. Для цiе!' мети використовуються системи автоматичного регу-лювання частоти обертання. В даний час на суднах старо! споруди знаходять застосування мехашчш та гiдромехaнiчнi регулятори частоти обертання дизелiв, як1 зарекомендували себе як надшш прaцюючi регу-лююч! пристро!. Однак функцiонaльнi можливосп таких регуляторiв обмеженi, у зв'язку з цим вдоскона-лення сучасних систем автоматичного регулювання (САР) та систем автоматичного управлшня (САУ) суднових дизелiв йде по шляху використання елект-ронних регуляторiв на мiкропроцесорнiй основ!.

1з застосуванням електронних регулятор!в в САР i САУ дизелем забезпечуеться новий, якюно вищий р!вень, що дозволяе реал!зувати бшьш складш алго-ритми управлшня дизелем i забезпечити недосяжш

со

u

seti' set i

рашше показники якостi процесу регулювання иого частоти обертання. Необхiдною умовою для такого полшшення якостi процесу регулювання е оптимiза-цiя, як структури регулятора, так i Иого параметрiв. Вибiр структури регулятора i закону регулювання визначаеться дешлькома факторами. У сучасних СЕУ КПК СОДГ оснащеш цифровими П1Д-регуляторами частоти обертання. На додаток до цього необхвдно також додати блок, що описуе сервомехашзм реИки ПНВТ, в якостi якого можуть використовуватися виконавчi електродвигуни, а також електропдра^чш агрегати. У цьому випадку наИбiльш зручно описати даний елемент за допомогою аперюдично! ланки першого порядку. Сам же дизельний двигун вносить деяке запiзнювання з моменту змши положення рейки ТНВД до вщповщно! змiни частоти обертання Иого валу, пов'язано це з часом на протжання хiмiчних процеав усерединi камери згорання, а так само з ше-рцiею мехашчних вузлiв. Тому наИбiльш переважно дизельний двигун уявляеться як ланка чистого затз-нювання.

Результати дослвджень. Структурнi моделi еле-ктронних АРН i регулятора частоти обертання дизеля вщповвдно до рис. 3, створеш на основi математичних моделей Иого основних елеменпв, та згiдно описаних вище умов, представлеш на рис. 4.

ня суднових енергетичних установок комбiнованих пропульсивних комплекав» Нацiонального ушверси-тету (Одеська морська академiя), який являе собою сукупшсть функцiональних блокiв компонентiв СЕУ КПК, побудованих за класичним принципом «вхщ-вихвд». Наприклад, згiдно блок-схемi на рис. 3, вихо-ди функцюнальних блокiв ПIД-регуляторiв СОДГ залежш ввд заданих напруги збудження та частоти обертання, яш, у свою чергу, залежать ввд наванта-ження на електростанцiю, що вiдповiдае тому руха-еться судно або динамiчно позицiонуе, та надходять на вхвд (входи) моделей ПIД-регуляторiв частоти обертання ПП.

СЕУ КПК складаеться з ГРЩ на 11 кВ, розподь льних щитiв, 5 генераторiв, 3 азимутальних ПП мало! тяги iз змiнною швидк1стю i калька DOL (Direct On Line) двигушв. Загальна встановлена потужнiсть ста-новить близько 40 МВт, в той час як ПП, потужнютю 3^2,8 МВт, отримують живлення вiд перетворювачiв частоти (ПЧ) з 12-iмпульсною топологiею. Максимальна швидшсть для азимутальних ПП мало! тяги 1000 об/хвил, але у схемi на Мни валiв присутнi понижуючi передачi мiж двигунами i гребними гвинтами фжсо-ваного кроку (ГФК), але всi вимiри взятi безпосеред-ньо з Мнш валiв за допомогою iндукцiйних давачiв, що надають сигнали частоти обертання до DP-контролера.

Моделювання iз застосуванням стратеги векторного управлiння та безпосереднього управлшня моментом i потужнiстю, як описано у [5], та блок-схем, зображених на рис. 3 i 4, наведено на рис. 5, а вщповь дне споживання ПП потужностi - на рис. 6.

/г, об/хвил.

Рис. 4. Блок-схема регуляторш СОДГ: кр, kb kd, km, ku - кое-фiцiенти передачi пропорцшно!, штегруючо! та диферен-цшно! ланок вщповщно, перетворювача напруги, серводви-

гуна ПНВТ та СПК; Тр, Ti, Td, Тр, Tm, Tu - постiйнi часу пропорцшно!, штегруючо! та диференцшно! ланок вдаовь дно, перетворювача напруги, серводвигуна ПНВТ та СПК

Моделювання будемо проводити у MatLab Simu-link, причому, враховуючи результати дослвджень, залежносп та передавальнi функцп регуляторiв частоти обертання ПП [5], працюючих у рiзноманiтних режимах, що вщповщають конкретному експлуата-цiйному режиму роботи судна в цшому, спробуемо отримати графiки частота обертання валу ПП та спо-живано! потужностi в функцп часу та пвдтвердити адекватшсть математичних моделей. Для цього засто-совуемо програмний комплекс Ships_CPC, розробле-ний в рамках науково-досМдно! держбюджетно! роботи «Концепцп, технологи та напрями вдосконален-

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

250

200

150

100

50

- ,

. и

_ _ j/ч _

\ ;

"if"! '/ 1 и,\ п 1 \

1 i 'L 1 ! i\

'/ 1 '/ 1 ' 1 \ 1 1 \ ! /"с --►

20 40 60 80 100 120 140 160 180 Рис. 5. Вимiрянi та модельоваш графжи залежноси частоти обертання ПП: — моделювання, — вимiрювання

Результати моделювання порiвнюються з натур-ними вимiрами для судна типу Supply vessel, що ви-конуе динамiчне позицiонування. Для вимiрювання на судш були доступнi тiльки мехашчш потужностi ПП, тож на графжах зображенi модульованi залежностi споживано! електроенерги i електричнi втрати в асин-хронних двигунах ПП. Тимчасовi затримки у реестра-ци даних з вимiрiв можуть бути поясненi тим, напри-

u.... ш

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

клад, що у тш же послщовносп ввдбуваються деяк1 Í3 горизонтальних розб1жностей мiж моделюванням та вимiрюванням. В шших випадках, звичайно, на результата дуже впливае настройка контролерiв, особливо контролерiв частоти обертання СОДГ та ПП.

20 40 60 80 100 120 140 160 180 Рис. 6. Вимiрянi та модельоваш графши залежностi спожи-вано! ПП потужностей: — моделювання, — вимiрювання

Внутрiшнi контури управлшня ПП (крутним моментом, потоком i струмом) налаштовуються iз як найбшьшим коефiцiентом посилення, для того, щоб дослвдити процес швидкодп у регулюванш крутного моменту iз збереженням величини потоку якомога ближче до номшального значения для рiзних умов навантаження.

Висновки.

1. Визначено доцiльнiсть порiвияльного комп'юте-рного моделювання у ЫаЛаЬ БтиНпк для побудови iмiтацiйних моделей об'екпв на основi !х блок-схем та математичних описiв.

2. У середовищi ЫаЛаЬ БтиНпк реалiзованi схеми оптимiзацii математичних моделей СОДГ i ГЕУ КПК з гвинто-кермовою установкою типу Azipod у про-грамному комплексi 8Ыр8_СРС, для скорочення екс-плуатацiйних витрат i пвдвищення паливно! ефектив-ностi з одночасним обмеженням навантаження на СОДГ за критерiем зменшення зносу та збiльшення межремонтного перiоду.

3. Функцiональнi блоки запропонованого комплекса е основними структурними одиницями моделей ГЕУ КПК, що дозволяе дослвджувати !х нормальнi i аварiйнi режимiв роботи.

Подальшi дослвдження будуть проводитися з метою налагодження параметрiв математичних моделей АРН i частоти СОДГ в середовищi МаЛаЬ БтиИпк. Методика може бути застосована для попереднього вибору параметрiв сучасних електронних регуляторiв. Також буде виконано комп'ютерне моделювання про-цеав в ГЕУ КПК з рiзними типами ПП при: змiнi частоти обертання ПП; реверсц динамiчних змшах упорiв гребних гвинтiв; вiдмовi одного ПП; змшах моментв опору гребних гвинпв. Отриманi результати мають виявити характерш змiни основних параметрiв

ГЕУ КПК у ввдповвдних режимах роботи, що дозволить вважати дослвджуваш модел1 адекватними реа-льним об'ектам.

СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ

1. Woud H.K., Stapersma D. Design of propulsion and electric power generation systems. IMarEST Publications: London, 2003. - 494 р.

2. Будашко В.В., Онищенко О.А. Удосконалення системи управлшня тдрулюючим пристроем комб1нованого пропу-льсивного комплексу // Вгсник НТУ «ХП1». - 2014. -№38(1081). - С. 45-51.

3. Будашко В.В., Онищенко О.А. Математические основы имитационного моделирования системы управления энергетической установкой бурового судна // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2014. -№29. - С. 6-13.

4. Hansen J.F. Modelling and control of marine power systems // Doktor ingenier thesis, Norwegian University of Science and Technology, Department of Engineering cybernetics, Trond-heim, Norway, 2000. - 119 p. Available at: http://www.itk.ntnu.no/databaser/dr_ing_avhandlinger/vedlegg/ 110_pdf.pdf (accessed 21 September 2015).

5. Будашко В.В., Юшков Е.А. Математическое моделирование всережимных регуляторов оборотов подруливающих устройств судовых энергетических установок комбинированных пропульсивных комплексов // Электронное моделирование. - 2015. - Т.37. - №2. - С. 101-114.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

6. Глазева О.В., Будашко В.В. Аспекти математичного моделювання елеменпв единих електроенергетичних установок комбшованих пропульсивних комплекс // Вгсник НТУ «ХП1». Сер!я: Проблеми удосконалення електричних машин i апарапв. Теор!я i практика. - 2015. - №42(1151). -С. 71-75.

7.Бойко А.А., Будашко В.В., Юшков Е.А., Бойко Н.А. Синтез и исследование системы автоматического симметрирования токов асинхронного двигателя с преобразователем напряжения // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2016. - Т.1. - №2(79). - С. 22-34. doi: 10.15587/1729-4061.2016.60544.

8. Черных И.В. SimPowerSystems: Моделирование электротехнических устройств и систем в Simulink / [Электронний ресурс]. URL: http://matlab.exponenta.ru/simpower/book1/2.php.

9. Токарев Л.Н. Системы автоматического регулирования. Учебное пособие. - СПБ.: НОТАБЕНЕ, 2001. - 191 с.

REFERENCES

1. Woud H.K., Stapersma D. Design of propulsion and electric power generation systems. IMarEST Publications, London, 2003. 494 p.

2. Budashko V.V., Onishchenko O.A. Improving management system combined thruster propulsion systems. Bulletin of NTU «KhPI», 2014, no.38(1081), pp. 45-51. (Ukr).

3. Budashko V.V., Onishchenko O.A. Mathematical principles of simulation of power plant's control system at drill-ship. Bulletin of Kamchatka State Technical University, 2014, no.29, pp. 6-13. (Rus).

4. Hansen J.F. Modelling and control of marine power systems. Doktor ingenier thesis, Trondheim, Norway, 2000. 119 p. Available at: http://www.itk.ntnu.no/databaser/dr_ing_avhandlinger/vedlegg/ 110_pdf.pdf (accessed 21 September 2015).

5. Budashko V.V., Yushkov Y.A. Mathematic modeling of allrange controllers speed of thrusters for ship power plants in combined propulsion complexes. Electronic Modeling, 2015, vol.37, no.2, pp. 101-114. (Rus).

6. Glazeva O.V., Budashko V.V. Aspects of the mathematical modelling of the elements for Western Systems Coordinating

Council of combined propulsion complexes. Bulletin of NTU «KhPI». Series: Problems of Electrical Machines and Apparatus Perfection. The Theory and Practice, 2015, no.42(1151), pp. 71-75. (Ukr).

7. Bojko A.A., Budashko V.V., Yushkov E.A., Bojko N.A. Synthesis and research of automatic balancing system of voltage converter fed induction motor currents. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2016, vol.1, no.2(79), pp. 22-34. doi: 10.15587/1729-4061.2016.60544.

8. Chernikh I.V. SimPowerSystems: Modelirovanie elektro-tekhnicheskikh ustroistv i sistem v Simulink (SimPowerSystems: Modeling of electrotechnical devices and systems in Simulink). Available at: http://matlab.exponenta.ru/simpower/book1/2.php (accessed 01 October 2015). (Rus).

9. Tokarev L.N. [Automated regulation systems. Tutorial]. Saint Petersburg, Notabene Publ., 2001. 191 p. (Rus).

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Надтшла (received) 09.05.2016

Юшков Свген Олександрович, астрант, Нацюнальний ушверситет «Одеська морська академiя», 65029, Одесса, ул. Дидрихсона, 8, тел/phone +38 048 7332367, e-mail: ushkov@te.net.ua

E.A. Yushkov

Оdessa National Maritime Academy,

8, Didrikhson Str., Odessa, 65029.

Modeling of operation modes of ship power plant

of combined propulsion complex with control system based

on electronic controllers.

Purpose. Designing of diagrams to optimize mathematic model of the ship power plant (SPP) combined propulsion complexes (CPC) for decreasing operational loss and increasing fuel efficiency with simultaneous load limiting on medium revolutions diesel generator (MRDG) by criterion reducing of wear and increasing operation time between repairs. Methodology. After

analyzing of ship power plant modes of CPC proposed diagrams to optimize mathematic model of the above mentioned complex. The model based on using of electronic controllers in automatic regulation and control systems for diesel and thruster which allow to actualize more complicated control algorithm with viewpoint of increasing working efficiency of ship power plant at normal and emergency modes. Results. Determined suitability of comparative computer modeling in MatLab Simulink for building of imitation model objects based on it block diagrams and mathematic descriptions. Actualized diagrams to optimize mathematic model of the ship's power plant (SPP) combined propulsion complexes (CPC) with Azipod system in MatLab Simulink software package Ships_CPC for decreasing operational loss and increasing fuel efficiency with simultaneous load limiting on medium revolutions diesel generator (MRDG) by criterion reducing of wear and increasing operation time between repairs. The function blocks of proposed complex are the main structural units which allow to investigate it normal and emergency modes. Originality. This model represents a set of functional blocks of the components SPP CPC, built on the principle of «input-output». For example, the function boxes outputs of PID-regulators of MRDG depends from set excitation voltage and rotating frequency that in turn depends from powerstation load and respond that is a ship moving or dynamically positioning, and come on input (inputs) of thruster rotating frequency PID-regulator models. Practical value. The results of researches planned to use in creation of software package Ships_CPC, in Mat Lab/Simulink was developed under the state budget project «Concepts, technologies and ways of improving ship plants combined propulsion complexes» at the Department of Electromechanics and Electrical Engineering of National University «Odessa Maritime Academy» (State registration number 0114u000340). References 9, figures 6. Key words: ship power plants, combined propulsion complex, mathematical modeling, electronic controller, thruster, diesel, dynamic positioning.