船舶中央冷却系统仿真与智能控制研究-轮机工程专业论文.docx

上海交通大学硕士学位论文 上海交通大学硕士学位论文 万方数据 万方数据 船舶中央冷却系统仿真与智能控制研究 摘 要 中央冷却系统是船舶动力装置的重要组成部分，系统通过冷却水 的循环作用，对各受热部件和换热设备进行冷却，降低其所受到的热 负荷，以确保各设备正常可靠的运行。冷却系统的性能优劣直接影响 到动力装置的工作性能，从而对船舶的可靠性和经济性产生影响。另 一方面，随着能效设计标准的生效，也对船舶冷却系统提出了更高的 要求。为此，开展船舶中央冷却系统的仿真研究，采用变频控制方法， 对改善系统的工作性能，实现船舶的节能减排，具有重要意义。 本文首先介绍船舶中央冷却系统的常见形式和组成结构，根据冷 却介质的不同，将系统划分为高温淡水系统、低温淡水系统和海水系 统，并论述了主要设备的工作原理。依据中央冷却系统的运行过程， 利用传热学和流体力学的相关理论，建立系统的动态数学模型。 其次，以动态数学模型为理论依据，利用计算机仿真技术，采用 自下而上的设计流程对中央冷却系统各个主要设备进行仿真建模，并 进一步获取全系统的仿真模块，以实现对不同运行工况的动态模拟。 再次，以某 57000dwt 散货船中央冷却系统为原型的科研样机作为 研究对象，并通过实验数据与仿真结果的比较分析，验证仿真模型的 准确性和合理性。根据系统的控制要求，制定变频控制方案，在此基 础上对实船中央冷却系统进行仿真研究，获得船舶各类典型工况下的 控制策略。通过对系统进行能耗分析，结果表明采用变频技术后，实 现不同工况下冷却海水流量的连续变化，充分利用了海水的冷却能力， 节能效果显著，有利于降低船舶的运营成本。 最后，考虑到中央冷却控制系统的非线性、大延迟等特点，传统 I PID 控制器在跟踪设定值以及抑制扰动方面存在一定的缺陷，在很多 情况下达不到理想的控制效果，为了改善控制品质，本文采用神经网 络对中央冷却系统进行智能控制，建立了神经网络控制器模型，并应 用到系统的变工况动态研究中。研究结果表明，神经网络控制不仅实 现了系统的变频控制目标，并且具有很强的自适应性和抗干扰性，可 以改善系统的控制性能。 关键词：中央冷却系统，建模仿真，变频控制，节能，神经网络 II STUDY ON SIMULATION AND INTELLIGENT CONTROL OF MARINE CENTRAL COOLING SYSTEM ABSTRACT Central cooling system is an important part of the marine power plant. Cooling water circulars in this system in order to cool each component and equipment, reduce heat load and ensure that each device operates properly and reliably. The performance of cooling system can affect the marine power plant directly, thereby has an impact on the reliability and economy of the ship. On the other hand, as Energy Efficiency Design Index has taken effect, higher requirements are put forward on cooling system. Therefore, the simulation study of central cooling system and using frequency conversion control method can be of great significance to improve the performance of the system and realize the energy saving and emission reduction of the ship. This thesis first introduced common form and composition structure of central cooling system. The system was divided into high-temperature fresh water system, low-temperature fresh water system and sea water system according to the different c