基于灰狼算法的混合动力船舶容量优化配置

1

作者 曾律淳 尚前明 孙钰波 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第7期116-124,共9页

混合动力船舶通过合理配置各动力源容量可有效提高储能系统的利用效率。但是,如果配置过大或过小,可能会导致工作效率低下或配置成本过高等问题。为解决这些问题,采用复合储能系统能量消耗和全生命周期成本为优化目标的复合储能容量配... 混合动力船舶通过合理配置各动力源容量可有效提高储能系统的利用效率。但是,如果配置过大或过小,可能会导致工作效率低下或配置成本过高等问题。为解决这些问题,采用复合储能系统能量消耗和全生命周期成本为优化目标的复合储能容量配置优化方法,采用改进灰狼优化算法进行模型求解得到Pareto前沿,进行多属性决策分析和仿真实验。结果表明,优化后的配置方案在能量消耗和全生命周期成本2个指标中取得了更好的效果。 展开更多

关键词 混合动力船舶 容量配置优化 灰狼优化算法 多属性决策

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基于离合器滑摩扭矩估计的并联式气电混合动力船舶模式切换控制 被引量：1

2

作者 彭程 陈俐 傅圣来 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1489-1497,共9页

在并联式气电混合动力船舶由纯电到混动的模式切换过程中,需要通过离合器的滑摩作用来完成动力的耦合,然而离合器滑摩扭矩具有很大的不确定性,导致其名义值偏离实际值,使得基于名义值的模式切换控制失效,造成传动轴系冲击。针对上述问题... 在并联式气电混合动力船舶由纯电到混动的模式切换过程中,需要通过离合器的滑摩作用来完成动力的耦合,然而离合器滑摩扭矩具有很大的不确定性,导致其名义值偏离实际值,使得基于名义值的模式切换控制失效,造成传动轴系冲击。针对上述问题,提出了一种基于离合器滑摩扭矩估计的模式切换控制方法。采用扰动观测器与未知输入观测器结合的方式实现了离合器滑摩扭矩的估计,并基于估计值设计了驱动电机以及天然气发动机扭矩控制律。仿真与台架试验结果表明,所提的离合器滑摩扭矩估计方法有较好的估计效果,基于估计值的模式切换控制策略能够有效减小轴系冲击。 展开更多

关键词 气电混合动力船舶 模式切换 扭矩估计 离合器

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基于庞特里亚金极小值原理的柴电混合动力船舶能量管理策略 被引量：2

3

作者 郭晓东 袁裕鹏 童亮 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期2176-2184,共9页

提升混合动力船舶的能源利用率,制定合适的能量管理策略以实现功率合理分配、减小船舶燃油消耗、节约成本,是混合动力船舶的亟需解决的关键技术问题。本文基于Matlab/Simulink仿真建模软件,建立对象船舶的动力系统仿真模型,研究不同功... 提升混合动力船舶的能源利用率,制定合适的能量管理策略以实现功率合理分配、减小船舶燃油消耗、节约成本,是混合动力船舶的亟需解决的关键技术问题。本文基于Matlab/Simulink仿真建模软件,建立对象船舶的动力系统仿真模型,研究不同功率需求下对柴油发电机和超级电容的控制要求。考虑动力源特性和船舶功率需求,本文提出了一种基于庞特里亚金极小值的能量管理策略对目标船舶进行合理的功率分配。仿真结果表明:基于庞特里亚金极小值原理的能量管理策略能够优化船舶柴油机组原动机的工作状态,使其在比油耗较低的点工作。在该策略的控制下,航行工况内的柴油发电机组原动机平均比油耗为207.2 g/(kW·h),总燃油消耗量为204.1 kg。本文方法不仅对船舶减小燃油消耗具有积极的作用,同时对提高船舶运行经济性具有重要意义。 展开更多

关键词 混合动力船舶 柴电混合 能量管理 控制策略 船舶动力系统 逻辑门限值 庞特里亚金极小值原理 优化控制 燃油消耗

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混合动力船舶能量管理研究综述 被引量：28

4

作者 侯慧 甘铭 +2 位作者 吴细秀 谢坤 范则阳 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2021年第5期216-229,共14页

随着世界各国对船舶节能减排越来越重视,混合动力船舶在节能减排技术方面的优势日趋凸显,通过对混合动力船舶的能量管理而使船舶上的多种能源高效协调工作,成为了在保证船舶动力性的前提下实现节能减排的关键。针对混合动力船舶能量管... 随着世界各国对船舶节能减排越来越重视,混合动力船舶在节能减排技术方面的优势日趋凸显,通过对混合动力船舶的能量管理而使船舶上的多种能源高效协调工作,成为了在保证船舶动力性的前提下实现节能减排的关键。针对混合动力船舶能量管理的最新研究进展及研究现状,首先,从可靠性、经济性及环保性这3个角度对混合动力船舶的能量管理目标进行总结;然后,从规则型和优化型能量管理的角度,对比现有的能量管理策略,全面和深入分析针对这些能量管理策略的研究所存在的优缺点及其应用条件;最后,根据上述研究的不足,对未来混合动力船舶能量管理的研究方向进行展望。 展开更多

关键词 混合动力船舶 节能减排 能量管理目标 能量管理策略

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混合动力船舶的能量管理与控制策略 被引量：26

5

作者 高迪驹 沈爱弟 +1 位作者 褚建新 黄细霞 《上海海事大学学报》 北大核心 2015年第1期70-74,共5页

考虑到能源和环境的问题日益突出,开发低能耗、低排放的绿色船舶成为当今船舶工业的首要任务,设计混合动力船舶电力推进系统的架构,研究一套基于规则的混合动力船舶能量管理策略,提出AC/DC与双向DC/DC变换器的协同控制方法.该能量管理... 考虑到能源和环境的问题日益突出,开发低能耗、低排放的绿色船舶成为当今船舶工业的首要任务,设计混合动力船舶电力推进系统的架构,研究一套基于规则的混合动力船舶能量管理策略,提出AC/DC与双向DC/DC变换器的协同控制方法.该能量管理策略成功应用于混合动力船舶.能效数据分析证实,该混合动力船舶具有排放少、能耗低、噪声污染少的优点,具有很好的实际应用与推广价值. 展开更多

关键词 混合动力船舶 能量管理 电力推进系统

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混合动力船舶能量管理系统的最优控制 被引量：18

6

作者 兰熙 沈爱弟 +1 位作者 高迪驹 孙彦琰 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第9期1859-1862,共4页

针对由发电机组和动力电池两种不同的电源组合而成的混合动力船舶供电系统,在功率需求给定的情况下,合理地分配两种电源的功率输出,使得混合动力船舶在整个航行周期内的总耗油量达到最小是能量管理系统需要解决的问题。采用一种动态规... 针对由发电机组和动力电池两种不同的电源组合而成的混合动力船舶供电系统,在功率需求给定的情况下,合理地分配两种电源的功率输出,使得混合动力船舶在整个航行周期内的总耗油量达到最小是能量管理系统需要解决的问题。采用一种动态规划的方法优化两种电源的功率输出比重,通过建立包含动力电池等效油耗的最小油耗量的目标函数得到柴油发电机的最优控制序列,从而计算出整个航行周期内柴油发电机的最小油耗值。仿真结果表明,与开关式控制策略相比,该方法能有效降低混合动力系统的油耗量。 展开更多

关键词 动态规划 能源管理系统 切换系统 混合动力船舶

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混合动力船舶能量管理控制策略设计与仿真 被引量：29

7

作者 袁裕鹏 王凯 严新平 《船海工程》 北大核心 2015年第2期95-98,共4页

为了提高船舶的能源利用效率,降低排放,采用柴油发电机和燃料电池组成的混合动力为船舶提供电能,其中发动机为船舶提供基础载荷,当船舶功率负荷需求大于基础载荷时则由燃料电池组提供剩余的功率。针对这样的混合动力系统,设计船舶的能... 为了提高船舶的能源利用效率,降低排放,采用柴油发电机和燃料电池组成的混合动力为船舶提供电能,其中发动机为船舶提供基础载荷,当船舶功率负荷需求大于基础载荷时则由燃料电池组提供剩余的功率。针对这样的混合动力系统,设计船舶的能量管理系统的逻辑门限值控制策略和PID控制器。仿真结果表明,采用这种混合动力结构的船舶,可以提高柴油机的运行效率,所设计的PID控制器能很好地满足船舶的功率需求,提高系统的稳定性。 展开更多

关键词 混合动力船舶 能量管理系统 燃料电池 基础载荷

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基于模型预测控制的混合动力船舶能量控制策略 被引量：10

8

作者 高迪驹 张伟 +1 位作者 王旭阳 潘海邦 《上海海事大学学报》 北大核心 2018年第2期60-65,共6页

为提高混合动力船舶的燃油经济性,选取马尔科夫模型对混合动力船舶需求功率进行预测。运用动态规划的方法以总油耗量最小为目标进行柴油发电机组和动力电池组功率分配优化,并将油耗量与基于模糊逻辑控制策略的油耗量作对比。仿真表明,... 为提高混合动力船舶的燃油经济性,选取马尔科夫模型对混合动力船舶需求功率进行预测。运用动态规划的方法以总油耗量最小为目标进行柴油发电机组和动力电池组功率分配优化,并将油耗量与基于模糊逻辑控制策略的油耗量作对比。仿真表明,采用所提出的控制策略时混合动力船舶的燃油经济性得到明显提高,说明基于马尔科夫模型的预测控制在混合动力船舶能量分配上是可行的,且具有良好的实用性。 展开更多

关键词 混合动力船舶 模型预测控制 能量分配 动态规划

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混合动力船舶负载功率预测模型研究 被引量：3

9

作者 高迪驹 潘康凯 王天真 《控制工程》 CSCD 北大核心 2019年第2期362-367,共6页

为了实现混合动力船舶的各动力源之间的最佳负载功率分配,构建了一种基于多分辨率小波神经网络(MRA-WNN)的混沌时间序列短期预测模型。将小波函数与尺度函数共同应用于网络基函数之中,首先从较大尺度上逼近时间序列的整体趋势,然后根据... 为了实现混合动力船舶的各动力源之间的最佳负载功率分配,构建了一种基于多分辨率小波神经网络(MRA-WNN)的混沌时间序列短期预测模型。将小波函数与尺度函数共同应用于网络基函数之中,首先从较大尺度上逼近时间序列的整体趋势,然后根据负载功率波动的大小,在不同尺度上逐层加入细节逼近,提高预测精度。由多分辨率解确定小波基函数的平移和伸缩参数,并结合多分辨率学习算法,能减少训练参数,提高计算速度。实验结果表明,MRA-WNN具有较高的预测精度,是混合动力船舶负载功率预测的一种有效方法。 展开更多

关键词 混合动力船舶 负载功率 多分辨率小波神经网络 混沌时间序列 短期预测

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风翼—柴油机混合动力船舶定航速调节系统的设计 被引量：1

10

作者 任洪莹 张跃文 +2 位作者 王迪 孙培廷 赵俊豪 《可再生能源》 CAS 北大核心 2013年第5期65-67,71,共4页

风翼—柴油机混合动力船舶具有巨大的节能减排潜力,为了满足新型动力船舶主机调速需求,文章结合风翼—柴油机混合动力船舶的航行特点,提出了定航速调节系统的概念,设计了定航速调节系统框图和控制策略方案,为风翼—柴油机混合动力船舶... 风翼—柴油机混合动力船舶具有巨大的节能减排潜力,为了满足新型动力船舶主机调速需求,文章结合风翼—柴油机混合动力船舶的航行特点,提出了定航速调节系统的概念,设计了定航速调节系统框图和控制策略方案,为风翼—柴油机混合动力船舶定航速调节系统的研发提供了理论参考。 展开更多

关键词 风翼-柴油机混合动力船舶 船舶主机 定航速调节系统

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基于滑模控制的混合动力船舶控制策略

11

作者 高键 张刚 《舰船科学技术》 北大核心 2021年第21期114-118,共5页

为了解决日益严重的能源、污染排放问题,在航海船舶中提出混合动力船舶的动力提供方法,其本质是对船舶电机的控制,包括发电机和蓄电池之间的转换。本文将对混合动力推进系统进行分析介绍,通过滑模控制策略方法控制两者之间的转换稳定,... 为了解决日益严重的能源、污染排放问题,在航海船舶中提出混合动力船舶的动力提供方法,其本质是对船舶电机的控制,包括发电机和蓄电池之间的转换。本文将对混合动力推进系统进行分析介绍,通过滑模控制策略方法控制两者之间的转换稳定,提高蓄电池的稳定接入运行,并且通过Matlab/Simulink进行仿真分析,与PI控制进行对比。仿真分析结果表明,采用的滑模控制策略能够很好的控制混合动力推进系统的转变和控制,以及适应负荷的转变。混合动力推进系统可以较好满足船舶航行要求。 展开更多

关键词 混合动力船舶 混合动力系统 滑模控制 PI控制

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基于实时小波变换的燃料电池混合动力船舶能量管理策略 被引量：21

12

作者 张泽辉 陈辉 +1 位作者 高海波 管聪 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2020年第2期127-136,共10页

[目的]针对负载剧烈波动导致燃料电池混合动力船舶的燃料电池寿命缩短与电能质量下降等问题,提出一种基于实时小波变换的燃料电池混合动力船舶能量管理策略。[方法]通过对功率信息进行分频处理,使各电源依据自身特性承担相应部分。以某... [目的]针对负载剧烈波动导致燃料电池混合动力船舶的燃料电池寿命缩短与电能质量下降等问题,提出一种基于实时小波变换的燃料电池混合动力船舶能量管理策略。[方法]通过对功率信息进行分频处理,使各电源依据自身特性承担相应部分。以某燃料电池混合动力渡船为目标船型,搭建Simulink仿真模型对所提出的算法进行验证。[结果]结果表明,燃料电池承担了功率负载的稳定部分,超级电容承担了功率负载波动的高频部分,而电池承担了功率负载波动的低频部分。[结论]所提出的算法能使混合动力船舶的燃料电池/电池的寿命延长,并提高电能质量。 展开更多

关键词 混合动力船舶 燃料电池 能量管理策略 小波变换 复合电源

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基于鲸鱼优化算法的燃料电池/锂电池混合动力船舶能效优化分析 被引量：4

13

作者 胡东亮 袁裕鹏 +1 位作者 瞿小豪 尹奇志 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2022年第6期155-166,共12页

[目的]为提升船舶的能源利用率,对多因素影响下的燃料电池/锂电池混合动力船舶能效优化方法进行分析。[方法]基于Matlab/Simulink仿真建模软件,建立对象船舶的能效仿真模型,研究通航环境要素对船舶能效的影响。考虑动力源特性和船舶功... [目的]为提升船舶的能源利用率,对多因素影响下的燃料电池/锂电池混合动力船舶能效优化方法进行分析。[方法]基于Matlab/Simulink仿真建模软件,建立对象船舶的能效仿真模型,研究通航环境要素对船舶能效的影响。考虑动力源特性和船舶功率需求,提出基于模糊逻辑的功率分配策略,以优化系统能量流动。然后在此基础上,以系统总能耗最低为优化目标,建立考虑多因素的船舶航速非线性优化模型,采用鲸鱼优化算法开展优化模型动态寻优,并进行不同航行方法和航行时间约束下的能效优化分析。[结果]结果显示,在总航行时间不变的情况下,采用所提的考虑多因素的船舶能效优化方法可以降低船舶5.04%的总能耗和13.16%的燃料电池氢气总消耗。[结论]所述方法对船舶节能减排具有积极的作用,同时对提高船舶续航力和经济性具有重要意义。 展开更多

关键词 能效优化 混合动力船舶 通航环境 鲸鱼算法

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柴电混合动力船舶能量分配优化方法 被引量：10

14

作者 庞水 林叶锦 +2 位作者 张均东 任东平 刘国强 《船海工程》 北大核心 2020年第3期106-111,共6页

针对柴电混合动力船舶多种工况能量分配问题,设计一种兼顾油耗成本和气体排放的船舶能量分配优化计算方法。以某海洋工程船动力系统为研究对象,研究其7种标准工况的特点,提取7种标准工况的功率需求范围。在满足船舶安全稳定运行的约束... 针对柴电混合动力船舶多种工况能量分配问题,设计一种兼顾油耗成本和气体排放的船舶能量分配优化计算方法。以某海洋工程船动力系统为研究对象,研究其7种标准工况的特点,提取7种标准工况的功率需求范围。在满足船舶安全稳定运行的约束条件下,以船舶油耗成本和环境成本最小化为目标函数,建立优化模型。采用一种自适应差分进化算法进行优化计算,得出最优能量分配。 展开更多

关键词 混合动力船舶 能量分配 差分进化算法 温室气体排放

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混合动力船舶双向DC-DC变换器的研究与设计 被引量：5

15

作者 刘彬 沈爱弟 高迪驹 《现代电子技术》 2014年第24期133-137,共5页

针对全桥双向DC-DC变换器Buck和Boost两种模式参数设计要求不同的问题,提出了一种"占空比-变压器-电感"匹配设计法。对全桥双向DC-DC变换器的两种工作模式分别进行建模,设计了闭环控制系统,Buck模式的闭环控制系统保证了动力... 针对全桥双向DC-DC变换器Buck和Boost两种模式参数设计要求不同的问题,提出了一种"占空比-变压器-电感"匹配设计法。对全桥双向DC-DC变换器的两种工作模式分别进行建模,设计了闭环控制系统,Buck模式的闭环控制系统保证了动力电池恒压充电;Boost模式的闭环控制系统保证了母线电压恒定。根据混合动力船舶的特点设计了双向DCDC变换器,仿真实验验证了所设计的双向DC-DC变换器控制系统和控制策略的正确性,保证了分别处于两种工作模式时输出端电压稳定。 展开更多

关键词 混合动力船舶 双向DC—DC变换器 小信号模型 PID控制器

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混合动力船舶动力装置及能量管理研究综述 被引量：28

16

作者 张益敏 陈俐 朱剑昀 《舰船科学技术》 北大核心 2018年第3期1-7,共7页

随着大功率电机技术、电力电子转换技术和电力存储技术的发展,混合动力推进成为提高船舶燃油效率、减少排放、提高安全性和冗余的良好选择。本文结合国内外混合动力船舶的发展状况,阐述了混合动力船舶动力装置的构架和工作模式,分析了... 随着大功率电机技术、电力电子转换技术和电力存储技术的发展,混合动力推进成为提高船舶燃油效率、减少排放、提高安全性和冗余的良好选择。本文结合国内外混合动力船舶的发展状况,阐述了混合动力船舶动力装置的构架和工作模式,分析了混合动力船舶能量管理的研究现状,提出混合动力船舶电气化、智能化、大型化、民用化的发展方向。 展开更多

关键词 混合动力船舶 动力装置 能量管理

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燃料电池-锂电池混合动力船舶的能量管理优化 被引量：6

17

作者 陈旭冉 郭燚 《舰船科学技术》 北大核心 2023年第7期106-110,共5页

燃料电池-锂电池混合动力船舶的动力源是由燃料电池作为主电源,锂电池为辅助电源。对混合动力系统采用能量管理策略(EMS)进行研究,分配每个电源的输出功率。为了提高氢燃料经济性和系统寿命,提出一种基于功率解耦的外部能效最大化策略... 燃料电池-锂电池混合动力船舶的动力源是由燃料电池作为主电源,锂电池为辅助电源。对混合动力系统采用能量管理策略(EMS)进行研究,分配每个电源的输出功率。为了提高氢燃料经济性和系统寿命,提出一种基于功率解耦的外部能效最大化策略进行建模仿真分析,并与双闭环PI控制策略和外部能效最大化策略(EEMS)进行对比,以验证其有效性。结果表明,本文提出的策略能够满足船舶典型工况下的功率需求,并有效降低氢燃料消耗,提高锂电池的利用率,从而利用混合动力系统的特点提高了氢燃料经济性,也使整个系统能够总体高效运行。 展开更多

关键词 燃料电池 混合动力船舶 能量管理 功率分配

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混合动力船舶模式切换过程力矩协调控制 被引量：5

18

作者 朱剑昀 陈俐 彭程 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第23期2859-2867,共9页

针对混合动力船舶的模式切换过程中可能出现的扭转波动,传动轴剧烈冲击和离合器过度磨损问题,提出基于模型参考控制(MRC)的力矩协调控制策略。首先建立动力传动系统动力学模型,基于此推导出电机单独推进模式的动力学模型,并作为参考模型... 针对混合动力船舶的模式切换过程中可能出现的扭转波动,传动轴剧烈冲击和离合器过度磨损问题,提出基于模型参考控制(MRC)的力矩协调控制策略。首先建立动力传动系统动力学模型,基于此推导出电机单独推进模式的动力学模型,并作为参考模型;然后设计MRC力矩协调控制策略。仿真结果表明,与传统的模式切换方式相比,MRC控制可改善动力中断和轴系剧烈冲击,而且显著减小离合器滑摩功。敏感性分析给出了外部干扰和执行机构噪声对控制品质的影响。 展开更多

关键词 混合动力船舶 模式切换 过驱动系统 模型参考控制

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船舶混合动力系统容量配置研究综述

19

作者 张洪伟 袁裕鹏 胡磊 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第8期1-7,共7页

随着世界各国对船舶排放污染问题越来越重视,混合动力船舶开始发展推广并逐步应用,其可有效降低燃料消耗,减少污染气体排放。现有的混合动力船舶研究大多集中在船舶能量管理方面,混合动力系统容量配置优化同样是提高混合动力船舶节能减... 随着世界各国对船舶排放污染问题越来越重视,混合动力船舶开始发展推广并逐步应用,其可有效降低燃料消耗,减少污染气体排放。现有的混合动力船舶研究大多集中在船舶能量管理方面,混合动力系统容量配置优化同样是提高混合动力船舶节能减排性能的重要研究方向。本文首先归纳船舶混合动力系统的建模方法和结构配置类型;然后综述了容量配置研究进展及其研究方法,总结与分析了相关研究方法的优缺点;最后为进一步提高混合动力系统节能减排性能,以应对存在的问题与挑战,从动力系统结构改善、工况识别、工况预测、动力系统谱系化4个方面对未来船舶混合动力系统容量配置研究进行了展望。 展开更多

关键词 混合动力船舶 容量配置 动力系统谱系化

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基于混杂模型预测控制的顺序实时决策混合动力能量管理策略研究

20

作者 孙晓军 刘丛浩 +1 位作者 张乔 宋恩哲 《中国机械工程》 北大核心 2025年第6期1380-1393,共14页

提出了一种用于船舶混合动力推进系统的动力分配优化策略和评估架构。从实验数据和组件特性角度出发,结合系统辨识、聚类算法等方法将连续变量和离散变量有效融合以构建反映船舶混合动力混杂特性的状态空间方程。定义了满足减少燃料消... 提出了一种用于船舶混合动力推进系统的动力分配优化策略和评估架构。从实验数据和组件特性角度出发,结合系统辨识、聚类算法等方法将连续变量和离散变量有效融合以构建反映船舶混合动力混杂特性的状态空间方程。定义了满足减少燃料消耗和提高动力性能的权衡性能指标函数,并设计了基于混合逻辑动态模型的混杂模型预测控制器(HMPC),使得天然气发动机、永磁同步电机和离合器的协同工作达到最优控制效果。最后,利用测试工况对所提出的HMPC在节能和动力提升方面进行实机测试,结果表明,与兼顾经济性与动力性的HMPC相比,燃料最优HMPC可节约2.72%的燃料,动力最佳HMPC可提高59.72%动力性能。 展开更多

关键词 混合动力模型 能量管理 船舶混合动力 系统辨识 混杂系统

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