船舶混合动力系统的数学建模与仿真研究简
小型混合动力船舶微网系统建模仿真
小型混合动力船舶微网系统建模仿真孟飞;俞万能;王文斌【期刊名称】《集美大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(023)003【摘要】A small hybrid ship micro?grid system consisting of a diesel generator, a photovoltaic array and a storage device was built, the improvement of the operation stability for the ship micro?grid power system was studied under the complicated navigation condition.Firstly, based on the modeling of power converters, an ener?gy management dispatch strategy was proposed which was suitable for dynamic loads fluctuation for ship micro?grid.Then, the switching control method of inverter power supply under different working conditions was ana?lyzed.At last, MATLAB/SIMULINK was used to establish the simulation model of the micro?grid system, and the simulation research on energy management strategy was carried out.The simulation results showed that the proposed energy management strategy can effectively control the power output of each power unit of the ship’s micro?grid.It can meet the demand of power distribution in different operating conditions and realize the stable operation of micro?grid.%为了提升包含柴油发电机、光伏阵列及储能装置构成的小型混合动力船舶微网系统在复杂航行状态下的运行稳定性,首先对各电能变换装置建模,并在此基础上提出了一种适配于工况负荷动态波动下船舶微网的能量管理调度策略,分析了逆变电源在不同工况下的转换控制方法.然后在此基础上利用MATLAB/SIMULINK建立准确描述系统的仿真模型,并进行能量管理策略仿真.仿真结果表明,该能量管理调度策略能够有效地控制船舶微网各单元的功率输出,满足船舶在不同运行工况下对功率分配的需求,实现微网稳定运行.【总页数】6页(P212-217)【作者】孟飞;俞万能;王文斌【作者单位】集美大学轮机工程学院福建厦门361021;福建省船舶与海洋工程重点实验室,福建厦门361021;集美大学轮机工程学院福建厦门361021;福建省船舶与海洋工程重点实验室,福建厦门361021;集美大学轮机工程学院福建厦门361021;福建省船舶与海洋工程重点实验室,福建厦门361021【正文语种】中文【中图分类】TM91【相关文献】1.一个实际小型光伏微网系统的设计与实现 [J], 王成山;杨占刚;武震2.一个实际小型光伏微网系统的设计与实现 [J], 王成山;杨占刚;武震3.基于统一质量调节的三相光伏并网系统建模仿真 [J], 叶泓材;童晓阳4.风光储微电网系统建模仿真 [J], 黄国维;邓伟锋;朱智成5.小型光伏微网系统的实现与系统改进 [J], 翟文鹏; 李亚飞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于发动机实际工况的混合动力船舶建模与仿真
度、 加速 度 ， 续 航 能 力 得不 到 保 障 ， 并 且 电力 推 进
会受 到船 舶重 量和 空 间的要 求 以及最 新 能源存 储 技术 的影 响 Ｊ 。基 于 以上 这 种 情 况 ， 研 究 混 合 动
一
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６—０ ７— ２ １ 修 回 日期 ： ２ ０ １ ６—０ ８— ２ １
第一作者简介 ： 温松 辉（ １ ９ ９ １ 一） ， 男， 硕士生
研究 所 与 上海 国 际港 务 （ 集团 ） 股 份 有 限公 司
研究方 向： 并联 混合 动力游艇系统匹配与优化
用 的例 子并 不 多 。在 ２ ０ １ ０年 上海 世 博 会 上亮 相
了 中国第 一 艘 混 合 动力 船 —— “ 尚德 国盛 ” 号 游 船， 该船 以太 阳能和柴 油机 组作 为混合 动力 ， 能满
足游艇 的典型工况 ， 节省 电力和减排 达 ３ ０ ％ 以 上 。２ ０ １ ６年 ３月 中 国船 舶 重 工 集 团 公 司第 七 一
源， 其 中至少有 一 种 可 以提 供 电 能 的船 舶 ］ 。目 前， 混 合 动力技 术 已经很 成 功 的运 用 在汽 车上 ， 但 是在 船舶 领域 并 没 有 完全 成 熟 ， 实 际成 功 应 用 的
例子 也不 多 。在 国际 上 ， 有些 科 研 人 员 已经 把 自
晚， 在这 个领 域掌 握 的技术 也较 薄弱 ， 因此成 功应
海洋 的污染 问题 已成 为制 约人类 进一 步开 发
己 的一 些 有 关 混 合 动 力 技 术 的 想 法 在 潜 艇 上 实 现 。２ ０ ０ ３年 ４月 ， 世界 上第 一艘燃 料 电池 和柴． 电 混 合 动力 系 统 的潜 艇 在 德 国 基 尔 港 开 始 首 次 试 航， 其 混 合 动 力 系 统 由两 套 推 进 方 式 结 合 而成 。
船舶动力系统仿真模型综述
Dynamical Systems and Control 动力系统与控制, 2017, 6(3), 91-97 Published Online July 2017 in Hans. /journal/dsc https:///10.12677/dsc.2017.63012文章引用: 杨叔华, 梁前超, 焦宇飞. 船舶动力系统仿真模型综述[J]. 动力系统与控制, 2017, 6(3): 91-97.A Summary of Simulation Model in Ship’s Power SystemShuhua Yang 1,2, Qianchao Liang 1, Yufei Jiao 21Naval University of Engineering, Wuhan Hubei 2The Equipment Department of Naval, Ningbo ZhejiangReceived: Apr. 2nd , 2017; accepted: May 15th , 2017; published: May 18th , 2017Abstract In this paper, the simulation model of ship’s power system is studied. And the complexity of simu-lation design in ship’s power system is discussed. A simulation model of the ship’s power systeminclude the model of a turbocharged diesel engine, gas turbine, combined power system and the application in ship’s equipment. KeywordsDiesel Engine, Gas Turbine, Simulation Model船舶动力系统仿真模型综述杨叔华1,2，梁前超1，焦宇飞21海军工程大学，湖北 武汉 2浙江宁波某装备部，浙江 宁波收稿日期：2017年4月2日；录用日期：2017年5月15日；发布日期：2017年5月18日摘 要本文研究了各种船舶动力系统仿真模型问题，讨论了船舶动力装置系统仿真设计的复杂性。
船舶推进系统的建模与仿真
船舶推进系统的建模与仿真1. 引言船舶在现代社会中扮演着重要角色，承担着贸易、运输和旅游等任务。
船舶推进系统作为船舶的核心部件之一，其性能的优化对船舶的航行效率和安全都至关重要。
为了改善船舶推进系统的设计和优化过程，建立船舶推进系统的模型并进行仿真成为一种重要的方法。
2. 船舶推进系统的基本组成船舶推进系统由推进器、发动机、传动装置和控制系统等组成。
推进器主要包括螺旋桨、喷水推进器和水喷射推进器等类型。
发动机则包括内燃机、涡轮机和电动机等。
传动装置用于传递发动机产生的动力，通常包括传动轴、齿轮箱和联轴器等。
控制系统则用于控制船舶推进系统的运行状态，包括油门控制、转向控制和速度控制等。
3. 船舶推进系统的建模方法为了研究船舶推进系统的性能，建立准确的模型是必要的。
船舶推进系统的建模方法可以分为理论建模和实验建模两种。
- 理论建模理论建模是通过对船舶推进系统的物理原理和动力学方程进行分析，建立数学模型。
例如，对于螺旋桨推进系统，可以基于流体动力学原理建立相应的力学模型，以描述推力和效率等参数与转速、螺旋桨几何形状之间的关系。
- 实验建模实验建模是通过实际的试验数据和观测结果，通过拟合曲线或统计方法建立模型。
实验建模可以提供更加真实的系统特性，但也受到实验条件和测量误差等因素的影响。
4. 船舶推进系统的仿真方法船舶推进系统的仿真是基于建立的模型进行计算和模拟，以评估不同工况下的系统性能。
船舶推进系统的仿真方法包括数值仿真和物理仿真。
- 数值仿真数值仿真是利用计算机数值计算方法，对船舶推进系统的模型进行求解和分析。
通常，通过将船舶推进系统的数学模型转化为计算机可处理的方程组，利用数值算法进行求解，得到系统在不同工况下的性能指标，如推力、功率和效率等。
- 物理仿真物理仿真则是通过建立实际的物理模型，采用实物装置进行推进系统的测试和验证。
通过改变实际系统的工作条件，观察和记录不同参数的变化，以验证数值模型的准确性和可行性。
船舶动力学及系统建模研究
船舶动力学及系统建模研究船舶动力学是研究船舶在各种外界作用下的运动规律以及驱动力和阻力之间的关系。
在船舶动力学中，最基本的运动方程是牛顿第二定律，即物体受力等于质量乘以加速度。
对于船舶来说，其运动情况由位置、速度和加速度来描述。
船舶在水中运动时受到的作用力包括推进力、阻力、浮力和重力等。
而推进力和阻力则是船舶动力学研究的重点之一舵机系统是指舵机作为控制船舶转向的装置，其主要是通过舰艇自动控制系统的控制系统和元器件的相互作用来实现船体的方向操纵的。
现代化的舵机系统包括电控舵机系统和电液舵机系统等。
电控舵机系统通过电子设备来实现控制，具有响应速度快、控制精度高等特点。
而电液舵机系统则利用液压传动来实现船舶转向，其控制精度和可靠性都相对较好。
船舶的自动控制也是船舶动力学研究的重要内容。
船舶自动控制涉及到舵机系统、推进系统、舵轮位置等多个因素。
船舶自动控制的目的是提高船舶的操纵性能、降低人工操作的难度，使船舶能够更加安全、高效地运行。
船舶系统建模是为了深入了解船舶的运行机理和性能特点，进行仿真分析和控制系统设计。
船舶系统建模一般包括几个步骤：首先是对船舶的运动进行建模，得到运动方程；然后是对舵机系统、推进系统等进行建模，得到相应的数学模型；最后是将这些模型整合在一起，构建出描述整个船舶动力学行为的综合模型。
在船舶系统建模中，常用的方法包括基于物理原理的白化法、基于实验数据的灰化法、基于系统辨识的黑化法等。
这些方法都可以通过采集船舶运行数据、进行实验测试等手段，从不同的角度对船舶进行分析和建模。
总结起来，船舶动力学及系统建模涉及到船舶运动方程、舵机系统、推进系统、自动控制等多个方面的研究内容。
通过对船舶动力学和系统建模的研究，可以深入了解船舶运动规律和控制机理，为船舶的设计和运行优化提供理论支持。
小功率内河船舶油电混合动力系统的建模及仿真研究
小功率内河船舶油电混合动力系统的建模及仿真研究席龙飞;张会生【摘要】本文提出了一种可用于内河小艇的混合动力系统.按照模块化建模思想,建立了混合动力系统中各典型部件的数学模型,并在Simulink平台上建立了该系统的动态仿真模型.针对该混合动力系统的运行特点,利用所建的模型进行系统动态性能仿真分析,实现了电机起动和柴电联合驱动的工作过程,验证了模型的可行性.这能为小型内河船艇的新能源改造提供一种解决方案,也为混合动力船的理论研究和控制策略设计提供一种实用的建模方法.【期刊名称】《机电设备》【年(卷),期】2014(031)002【总页数】5页(P23-27)【关键词】船舶;混合动力;建模;仿真【作者】席龙飞;张会生【作者单位】上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】U664.16随着国内智能电网和港口岸电设施的不断发展，内河船舶的电动化有望成为未来的发展趋势。
于是，在近年来国内光伏产业大规模发展的背景下，一大批以太阳能电动系统为主体的油电混合动力船面世了。
但是这些“混合动力船”通常只能实现电动机和柴油机的交替驱动，而优化机桨匹配、实现双机并联等多模式工作的特性并未得到体现。
因此，本文针对某型内河公务艇的工作特点和功率需求，结合舰船联合推进技术、汽车混合动力技术的思想，提出一种新的船舶油电混合动力系统。
内河公务艇一般功率较小，多数时间航行在拥挤、多桥的航道内，需要频繁加减速，特别适合混合动力系统多模式工作的特性。
本文的主要内容是建立该系统的动态性能仿真模型，并进行仿真分析，为油电混合动力船在动力系统设计和控制策略设计方面进一步优化研究提供基础。
本文引入动态贝叶斯网络理论，提出基于动态性和可修复性的可靠性建模分析技术。
在模型方面，用贝叶斯网络能有效地刻画系统的动态行为、修复行为。
在此基础上建立系统任务可靠性数学模型，运用MATLAB软件中贝叶斯网络工具箱并编写MATLAB计算语句，输入有关元件致命性故障的故障率与修复率进行求解，实现推进装置的任务可靠性数值仿真。
混合动力游艇建模与仿真
混合动力游艇建模与仿真郑笑【摘要】与采用单一柴油发电机作为动力源的游艇相比,混合动力游艇具有燃油消耗少、污染小和噪声低等优点.针对国内小型游艇,设计一种基于蓄电池-柴油发电机组的并联混合动力系统.详细介绍该混合动力系统的结构、各组件的建模,并进行仿真分析.选用长26.5 m,宽6.2 m,最大航速32 kn的某游艇进行仿真分析.相比单一柴油机动力源的游艇,并联混合动力系统可起到节能减排的作用,并能使电池的荷电状态保持在一定的范围内.【期刊名称】《船舶与海洋工程》【年(卷),期】2018(034)001【总页数】5页(P59-63)【关键词】混合动力;游艇;建模;仿真【作者】郑笑【作者单位】上海海事大学商船学院,上海 201306【正文语种】中文【中图分类】U674.925;U674.910 引言随着科技不断发展，船舶上运用的新型技术越来越多。
船舶混合动力技术作为一种新型船舶技术，是船舶未来发展的方向，能有效缓解当今社会的能源、环境问题。
据统计，全球航运业的CO2排放量大概占全球温室气体排放量的4%[1]。
近几年，随着全球变暖，温室气体排放等问题越发严峻，国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）逐步加强对船舶尾气排放的限制。
未来纯电动船舶（即以电力推进系统为主的船舶）将得到大力发展，但对功率需求较大的船舶来说，现阶段大部分纯电动船舶的电力推进系统不能提供期望的速度和加速度，续航能力得不到保障，且电力推进会受到船舶质量和空间的限制及能源存储技术的影响[2]。
在该情况下，研究混合动力电动船舶可为船舶从柴油发电机组单独供电过渡到纯电动供电提供可行性方案[3]。
目前，将混合动力技术成功运用到船舶上的案例[4]并不多。
一些科研人员已将其有关混合动力技术的设想应用到舰船上。
例如：2003年，世界上第一艘燃料电池和柴-电混合动力系统潜艇在德国基尔港实现首航[5]；2012年，日本商船三井与三菱重工发布配备光伏发电装置的混合动力运输船[6]。
船舶电站系统建模与仿真报告
船舶电站系统建模与仿真报告本文主要针对船舶电站系统的建模和仿真进行分析。
船舶电站系统是影响船舶运行的重要因素之一，其安全和可靠性对于船舶的运行具有重要的影响。
因此，建立船舶电站系统的模型以及实现仿真是非常必要的。
一、建模1.船舶电站系统船舶电站系统一般包括主机电站、辅机电站、起动电站、配电系统和控制系统。
其中，主机电站的主要功能是驱动船舶前进，辅机电站则提供帮助船舶完成其他工作的电力支持。
起动电站则用于启动发动机，配电系统则负责将电力供给到各设备中，控制系统则对系统进行监测和调整。
2.系统建模为了建立船舶电站系统的模型，需要对系统中的所有元件进行建模和分析。
首先，需要对主机电站的发动机进行建模和分析，分析其动力输出，燃料供给，冷却和润滑系统等方面的情况。
对于辅机电站中的元件，同样进行建模和分析，例如空调、泵、压缩机、水剂供应、高压气体系统，发电机、电池等。
同时，配电系统也需要进行建模，包括配电板、开关和配电盒等元件。
最后，控制系统也需要进行建模，分析其监测和控制的方式，以及控制面板的布局等。
二、仿真1.建立仿真模型建立船舶电站系统的仿真模型，可以使用MATLAB等仿真软件完成。
首先在仿真软件中导入电站系统的模型，配置各元件和其相应的参数，并设置仿真界面。
随后，设置系统运行的初始状态和环境条件，例如电池电量、燃油量、海况、风速等。
然后，应用相应的控制策略，调节各元件的工作状态，实现对船舶电站系统的仿真。
2.仿真实验仿真实验的主要目的是对电站系统的稳定性、安全性和可靠性进行评价，以及避免在实际运行中出现故障或失控等情况。
在仿真实验中，需要测试电站系统在不同的负载、环境条件和操作状态下的稳定性和工作效率。
因此，应设置多组实验模拟，模拟不同的工作条件，在模拟实验中反复测试电站系统的运行情况，从而进一步优化控制策略，提高系统的安全性和可靠性。
综上所述，船舶电站系统的建模和仿真可以有效地提高电站系统的安全和可靠性，为船舶的运行提供更好的支持。
船舶柴电混合动力系统轴带电机不同起动方式的仿真研究
船舶柴电混合动力系统轴带电机不同起动方式的仿真研究张艺川1,2，赵同宾1,2，周晓洁1,2，郭丰泽1,2(1. 上海齐耀科技集团有限公司，上海 200090；2. 中国船舶重工集团公司第七一一研究所，上海 200090)摘要: 柴电混合动力推进系统的电力推进（PTH）模式是将轴带电机作为电动机运行并单独驱动螺旋桨推进，作为紧急推进的一种有效方式，能加强船舶运行的可靠性。
在切换至 PTH 模式时，轴带电机不能自启动，必须借助其他方式。
应用 AMESim 软件，对船舶柴电混合动力系统进行建模并稳态校核，仿真计算 PTH 模式下轴带电机不同起动方式对系统性能的影响，研究轴带电机稳定起动的控制策略。
仿真结果可为船舶柴电混合动力系统的设计提供参考和指导。
关键词：动力系统；柴电混合；轴带电机中图分类号：U664 文献标识码：A文章编号： 1672 – 7619(2016)S1 – 0134 – 05 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7619.2016.S1.024Simulation study on performance of diesel-electric hybrid propulsionsystem in booster modeZHANG Yi-chuan1,2, ZHAO Tong-bin1,2, ZHOU Xiao-jie1,2, GUO Feng-ze1,2(1. Shanghai Qi Yao Science and Technology Group Co. Ltd. , Shanghai 200090, China;2. Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute, Shanghai 200090, China)Abstract: PTH Mode means that shaft generator independently drives propeller in Diesel-Electric Hybrid Propulsion System, which can be used in case of emergency and enhance ship reliability. As shaft generator cannot start by itself, it must rely on other device. This study, based on a verified model in AMESim, simulates the system performance by different start-ing methods in PTH mode. Moreover, it designs strategies about steady starting of shaft generator. Results of this study can be used as design reference of Diesel-Electric Hybrid Propulsion System.Key words: propulsion system；diesel-electric hybrid；shaft generator0 引言柴电混合动力推进是由柴油机和轴带电机混合推进的新型动力模式。
燃料电池锂电池混合动力船舶建模与仿真
[50 120]
kW
电压[最小 最大]
[440 625]
V
标称效率
55
%
工作温度
448
K
使用率[氢气 氧气]
[99.25 70.4]
%
燃料流速[标称 最大] [417.4 1460]
lpm
空气流速[标称 最大]
[2100 7450]
lpmபைடு நூலகம்
组成 [氢气 氧气]
[99.95 21]
%
燃料电池的输出电压为：
Simulink 模型并进行仿真。
关键词：绿色船舶 混合动力 燃料电池 Simulink 模型
中图分类号：U662.3 TP391.1
文献标识码：A
文章编号：1003-4862（2019）10-0033-04
Modeling and Simulation of Hybrid Ship Using Fuel Cell and Lithium Battery
控制信号
电流矢 实际电流 量控制 转速ω m
PM SM
驱动系统
速度控 转速ω m 制模块
ω * 参考转速
图 1 简化的电动船舶传动系统原理图
为了建立适合船舶运行仿真所需的系统动态 模型，以 120 kW 级的 PEMFC 为原始模型， PEMFC 的参数见表 1。
MAN ME系列船舶主机建模与仿真研究的开题报告
MAN ME系列船舶主机建模与仿真研究的开题报告本文旨在介绍对MAN ME系列船舶主机建模与仿真研究的开题报告。
一、研究背景与意义船舶主机是船舶中心的重要设备之一。
MAN ME系列船舶主机因其高效、经济、环保等特点，在全球范围内得到了广泛应用。
而对于船舶主机的建模与仿真研究，则可以帮助船舶制造商和船东更好地优化船舶性能、提高运营效率和减少运营成本。
二、研究内容本研究将主要围绕MAN ME系列船舶主机进行建模与仿真研究。
具体研究内容包括：1. 建立MAN ME系列船舶主机的数学模型，包括发动机模型和传动系统模型。
2. 对建立的模型进行仿真，验证模型的准确性和可靠性，并分析主要性能指标，如功率、燃料消耗率、排放等。
3. 针对模型中出现的问题进行优化，尝试改进船舶主机的性能。
三、研究方法本研究的主要研究方法包括：1. 理论研究：通过文献综述和调研，深入了解MAN ME系列船舶主机的性能参数、构造和工作原理等相关知识。
2. 数学建模：基于理论研究，对MAN ME系列船舶主机进行数学建模，建立发动机模型和传动系统模型。
3. 仿真模拟：利用仿真软件对建立的模型进行仿真模拟，并与实际性能数据进行比较分析，验证模型的准确性和可靠性。
4. 优化改进：针对仿真过程中出现的问题，进行模型优化改进，以提高船舶主机的性能和效率。
四、预期成果本研究的预期成果包括：1. MAN ME系列船舶主机的数学模型和仿真模拟结果，能够验证和比较不同主机性能、技术指标和应用情况，提供参考数据和信息。
2. 主要性能指标的分析和评估，为船舶制造商和船东提供决策依据，优化船舶主机的设计和选择。
3. 模型优化改进的方法和策略，为船舶制造商和船东提供技术支持和服务。
五、研究进度安排本研究的进度安排如下：1. 第一阶段（2周）：调研和文献综述，深入了解MAN ME系列船舶主机的性能参数、构造和工作原理等相关知识。
2. 第二阶段（4周）：数学建模，建立发动机模型和传动系统模型。
船舶柴油发电机组数学模型的仿真研究
务院 《 船舶工业加 快结构调 整促进转 务多元互补 ，做优做大 。 型升级 实施 方案 （ ２ ０ １ ３ － ２ ０ １ ５ 年 ）》
亿 元 ，实现销 售收入１ ０ ０ ． ９ 亿元 ，实
２ ０ １ ３ ｍ８ 月 ，中船 集团公司宣布 现利润总额 ３ ． ６ ｛ Ｚ元 ，各
０ ０
０
本文采用 交流 无刷 同步发 电机组 ，其励磁方式为无 刷励磁 ，其结构框 图如图 ３所示。
０
ｏ ｏ ０
发 电机
励 磁机
双 极 理 想 发 电机
双极理想发 电机 的结构示意 图如 图 ２所示［ １ １ ’图中 详细描述 了 ａ ｂ ｃ坐标与 ｄ ｑ ０坐标下的各个 电磁参量，根 据图 中所标注 的各参量 正方 向，利用 标 幺值形式 ，通过 经典派克变换可得到其 电压方程 与磁链方程 ：
机 组 的相 关 要求 。
发 电机组 的励 磁电压与输出角速度随负荷变化 的特 性 曲线如 图 １ ０所示 。在 １ ０ ｓ 处为突卸 ５ ０ ％负荷 的工况 ， 励磁 电Ｊ 玉的稳定 时间为 ２ ｓ ，输 出角速度 的稳定 时间为 ２ ． ８ ｓ ，变化率为 １ ％；在 ２ ５ ｓ 处为突增 ５ ０ ％负荷的工况 ，
√ ＿ ｆ ～
－
３ 结 论
本 文 从 理论 上对 某 型 船 的 同 步 发 电 机 组 进 行 了相 关
分析 ，在建立 发 电机 组的数学模型的基础上 ，进行了仿
图 ９ 发 电 机 负 荷 、 有 功／ 无功 功 率 变 化 曲线
真分析 ，并利用模拟 负荷 模块对发 电机组进行 了动态分 析 。仿真 结果表 明，本文构建的数学模型具有较好的动 态性 能，可在动 态过程中及时完成调节 ，满足船用发 电
船舶动力学建模和仿真分析
船舶动力学建模和仿真分析船舶的工作环境是严酷的，其中最明显的挑战就是海浪和风浪的影响。
在海上航行时，船舶的稳定性和速度是很重要的因素。
因此，船舶工程师必须深入研究船舶动力学和水动力学，通过对船舶的建模和仿真分析，来预测船舶的运动、抗风浪性能等相关指标。
本文将深入探讨船舶动力学建模和仿真分析的相关领域。
一、船舶动力学和水动力学的概述船舶动力学是研究船舶的运动、稳定性、控制和动力装置等方面的学科，可以分为船体动力学、推进动力学、操纵动力学三个方面。
船体动力学是研究船舶在水中的稳定性、航速、航向、姿态和荷载等方面的学科。
推进动力学则是研究船舶推进装置的特性以及与船舶的相互影响。
操纵动力学是研究船舶操纵的灵活性和稳定性等方面的学科。
水动力学则是研究水流的运动和力学特性的学科。
在船舶工程中，水动力学是非常重要的分支学科，因为对于船舶来说，水流是其主要的作用力。
水动力学的研究可以帮助船舶工程师了解水流的特性以及对船舶的影响，从而更好地进行船舶的设计和运行。
二、船舶动力学和水动力学建模的方法船舶动力学和水动力学涉及到复杂的物理过程，因此需要采用适当的建模方法来模拟这些过程。
常用的方法有解析计算法、实验方法和数值计算方法。
解析计算法是指通过推导航运动方程和解析解的方法来预测船舶的运动、稳定性和控制等方面的情况。
这种方法适用于简单的船体静、动力学问题，但对于复杂的水动力问题很难解决。
实验方法则是通过建立实验模型来研究船舶的运动和性能。
这种方法具有高精度和可重复性的优点，广泛应用于船舶设计和研发中。
数值计算方法是指通过计算机模拟来预测船舶的运动、流场和力学特性等方面的情况。
这种方法基于现代计算机的强大计算能力，可以模拟各种复杂的物理过程，是研究船舶工程和水动力学的主要方法之一。
三、船舶动力学和水动力学仿真模拟仿真模拟是指利用计算机来模拟船舶的运动、稳定性和控制等各项指标。
这种方法可以帮助船舶设计师更好地了解船舶的性能情况，从而进行更好的船舶设计和优化。
某船蒸汽动力系统建模与仿真研究的开题报告
某船蒸汽动力系统建模与仿真研究的开题报告一、研究背景随着船舶工业的不断发展和技术的不断推进，蒸汽动力系统在船舶上的应用越来越普遍。
蒸汽动力系统的优点是其可以提供大量的动力输出，并且无需使用高能量密度的燃料。
蒸汽动力系统不仅可以用于驱动大型船只，还可以用于驱动小型船只和发电机组等场合。
为了提高蒸汽动力系统的性能和可靠性，需要对其进行建模和仿真研究。
这种研究可以帮助我们预测系统的行为和性能，同时也可以帮助我们识别系统中的潜在问题。
二、研究目的本文旨在探讨蒸汽动力系统的建模和仿真方法，以提高系统的性能和可靠性。
具体研究内容包括以下几个方面：1.对蒸汽动力系统进行建模，包括热力学模型、动力学模型和控制模型等。
2.开发仿真工具，模拟蒸汽动力系统的行为和性能。
3.应用仿真工具，分析蒸汽动力系统的性能和可靠性，在实际应用中评估系统的表现。
三、研究方法1.对蒸汽动力系统进行建模对蒸汽动力系统进行建模是本研究的第一步。
我们将使用热力学和动力学理论对系统进行建模，建立系统的数学模型。
同时，我们也将考虑控制系统中各个组件之间的关系，建立控制模型。
2.开发仿真工具在建立了系统的数学模型之后，我们将开发仿真工具，模拟蒸汽动力系统的行为和性能。
仿真工具可以帮助我们了解系统的响应特性、能耗、热力学参数等。
3.应用仿真工具为了验证仿真工具的准确性和可靠性，我们将利用仿真工具，在实际应用中评估蒸汽动力系统的性能和可靠性。
通过对系统的性能进行评估，我们可以识别系统中的潜在问题，并提出相应的解决方案。
四、研究意义研究蒸汽动力系统的建模和仿真方法对提高系统的性能和可靠性具有重要的意义。
本研究的成果有以下几个方面的意义：1.为蒸汽动力系统的设计和优化提供了有效的方法和工具。
2.提高了蒸汽动力系统的性能和可靠性，降低了系统的维护和运营成本。
3.提高了船舶行业的技术水平，增强了行业竞争力。
五、研究计划本研究的计划如下：1.调研国内外蒸汽动力系统建模和仿真技术，进一步了解研究现状和发展趋势。
船舶电力系统建模与仿真研究
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船舶电力系统建模与仿真研究
目录
01 一、船舶电力系统的 背景与现状
02 二、建模技术综述
03 三、仿真方法研究
04 四、应用场景与优势
05 五、未来发展方向
06 参考内容
随着现代船舶行业的不断发展，船舶电力系统在船舶运行及性能优化中的地位 日益凸显。船舶电力系统的稳定性和效率直接影响到船舶的安全与经济性能。 为了提高船舶电力系统的性能，开展船舶电力系统建模与仿真研究工作显得尤 为重要。
五、未来发展方向
随着科技的进步和船舶电力系统的日益复杂化，未来船舶电力系统建模与仿真 技术将面临更多的挑战和机遇。以下几个方面可能是未来的发展方向：
1、模型复杂度提升：随着电力系统的不断发展，需要建立更加精细和复杂的 模型来描述电力系统的行为。例如，可以考虑引入更多非线性元件和动态元件， 以更好地模拟电力系统的实际运行情况。
二、建模技术综述
船舶电力系统的建模技术主要包括物理建模、数学建模和混合建模三种方法。 物理建模是根据电力系统的实际物理结构建立模型，具有直观性和准确性；数 学建模则是根据电力系统的运行规律和性能特点建立模型，具有灵活性和通用 性。混合建模综合了物理建模和数学建模的优点，能够更加精确地模拟电力系 统的运行状态。
1、船舶自动化控制：通过将电力系统模型与自动化控制系统相结合，可以实 现电力系统的自动监控和调节。例如，可以根据模型预测电力系统的负载情况， 自动调节发电机的输出功率，保证电力系统的稳定运行。
2、电力需求响应：在电力需求响应系统中，船舶电力系统模型可以用于分析 和预测电力需求的变化。通过优化模型的参数和算法，可以实现电力需求的精 确预测和响应，提高电力系统的运行效率和稳定性。
2、考虑不确定性因素：在实际运行中，船舶电力系统的状态和性能受到多种 不确定性因素的影响，如环境条件、操作条件和设备老化等。未来的研究可以 尝试将这些因素纳入模型中，以提高模型的预测能力和可靠性。
船用发电柴油机及其控制系统的数学建模与仿真研究
船用发电柴油机及其控制系统的数学建模与仿真研究船用发电柴油机是船舶电力系统的核心部件，其性能优劣直接影响着船舶的运行安全和经济效益。
在设计、优化和控制船用发电柴油机系统时，数学建模与仿真技术可以起到重要作用，能够准确地描述柴油机的动态特性和控制系统的工作过程，为优化系统性能提供指导。
首先，对船用发电柴油机的动态行为进行数学建模是非常重要的。
柴油机的数学模型可以通过传热、燃烧和机械动力学等方面的基础理论推导得出。
其中，燃烧过程可以用热力学方程表示，传热过程可以用传热系数和热阻来描述，机械动力学则包括柴油机的旋转惯量、摩擦损失、气门操作时间等动态特性。
这些模型的结合可以模拟柴油机的运行过程，更好地理解其动态特性。
其次，柴油机的控制系统也需要数学建模。
为了实现对柴油机的控制，需要获得柴油机的状态变量信息，如转速、涡轮增压器输出压力、滑动轨道位置等，并根据这些信息进行控制。
控制系统的数学模型一般采用状态空间法，其中状态变量表示系统内部状态的某些特征，控制器作用于这些状态变量，输出控制指令以调节系统状态。
例如，采用PID控制器对柴油机输出功率进行控制，则控制器可以根据柴油机的转速和目标功率计算出控制指令。
最后，通过数学建模和仿真技术，可以对柴油机的动态特性和控制系统的工作过程进行模拟，并通过模拟结果对控制系统进行优化。
例如，可以通过仿真来确定柴油机在不同运行条件下的最佳控制参数，从而提高柴油机的燃油利用率和输出功率，降低排放和运行成本。
此外，仿真还可以用于装置调试和故障诊断，通过对运行数据的分析，快速定位问题所在，提高了维护效率和准确性。
海洋船舶制造中的数字化建模与仿真
海洋船舶制造中的数字化建模与仿真海洋船舶制造是一个复杂而精密的过程，它涉及到各种船舶类型和规模的设计、制造和运营。
在过去，这一行业主要依赖于人工经验和物理实验来进行设计和测试。
然而，随着科技的不断进步，数字化建模与仿真技术成为了海洋船舶制造中不可或缺的一部分。
数字化建模与仿真是通过计算机技术和数值方法来模拟和预测物理系统的行为和性能。
它可以帮助船舶设计师和制造商更准确地理解和评估设计方案，降低设计错误和成本，提高生产效率和质量。
首先，数字化建模与仿真可以在船舶设计阶段提供有力的支持。
在过去，船舶设计师主要依靠手绘图纸和样机来制定设计方案。
然而，这种方法存在着许多限制，如设计过程繁琐、成本高昂和时间周期长。
而现在，通过数字化建模与仿真技术，设计师可以在计算机上创建船舶的三维模型，并模拟不同条件下的性能和行为。
这可以帮助设计师更好地理解和评估设计方案的可行性，并及时发现和解决问题，为下一步的制造和测试提供参考。
其次，数字化建模与仿真可以加速船舶制造的过程。
在传统的制造方法中，往往需要建造大量的物理原型来进行测试和验证。
这不仅费时费力，而且成本高昂。
而通过数字化建模和仿真技术，制造商可以在计算机上进行虚拟测试和优化，以减少物理实验的次数和时间。
这不仅可以降低制造成本，还可以缩短制造周期，提高生产效率。
另外，数字化建模与仿真也可以提高船舶的性能和安全性。
通过对船舶进行全面的仿真测试，设计师可以评估和优化船舶的结构、船体水动力特性、稳性和操纵性等。
这可以帮助设计师找到性能瓶颈并进行改进，以提高船舶的航行速度、稳定性和燃油效率，同时确保船舶的安全性。
此外，数字化建模与仿真还可以在船舶运营阶段发挥重要作用。
通过对不同运行条件的仿真模拟，船舶的运营人员可以更好地预测和优化船舶的性能和燃油消耗。
他们可以根据模拟数据调整船舶的航行计划、航线和速度，以降低运营成本和环境影响。
然而，数字化建模与仿真仍然面临着一些挑战和限制。
船舶动力系统的数值仿真与性能优化
船舶动力系统的数值仿真与性能优化船舶是一种重要的运输工具，船舶动力系统是船舶的重要组成部分，关系着船舶的性能、安全和经济性。
随着船舶技术的不断发展，船舶动力系统的数值仿真与性能优化技术也越来越关注。
本文将从数值仿真和性能优化两个方面，探讨船舶动力系统的发展趋势。
一、数值仿真船舶的数值仿真是指利用计算机模拟数学方程来预测船舶在各种工况下的性能和运动状态。
传统的船舶试验需要消耗大量的时间和费用，而且还有一定的不确定性和风险。
而船舶数值仿真则能够在较短的时间内、较少的成本和较高的精度下进行预测。
船舶数值仿真主要包括以下几个方面。
1、流场数值模拟船舶在航行过程中所处的流场是非常复杂的，要准确地预测船舶的流体动力学性能，必须对流场进行数值模拟。
目前，流场数值模拟主要包括雷诺平均Navier-Stokes（RANS）、大涡模拟（LES）等方法。
RANS方法适用于预测流场的平均特性，是目前应用最广泛的方法之一，而LES方法则能够预测流场的脉动特性。
2、结构应力数值计算另外，船舶的结构应力数值计算也是船舶数值仿真的重要组成部分。
通过对结构应力进行数值计算，可以预测船舶结构在不同工况下的强度和安全性能，为船舶结构的设计和优化提供依据。
3、船舶性能预测船舶性能预测是指根据船舶的设计参数和船舶运行工况，通过仿真计算预测船舶在不同工况下的性能指标。
其中包括航速、航行稳定性、耗油量、荷载能力等指标。
通过性能预测，可以为船舶的设计和优化提供重要的参考依据。
二、性能优化通过数值仿真，可以获得更为准确的船舶性能参数，但如何进行性能优化，让船舶运行更加经济、安全、环保，对于船舶运营企业来说，是一个重要的课题。
常见的船舶性能优化方法有以下几种。
1、船舶参数优化船舶参数优化是指通过优化船舶的参数组合，以达到更为经济和环保的目的。
其中包括船型、船体重心、船体长度等参数的优化。
船型是影响船舶性能的关键因素之一，船型的变化可以对船舶速度、稳定性、阻力和波浪等方面产生不同效果。
船舶动力学建模与仿真技术研究
船舶动力学建模与仿真技术研究船舶动力学建模与仿真技术是一个非常重要的领域，在船舶设计和运营中发挥着重要的作用。
船舶动力学建模可以实时地分析船舶的运动和性能，帮助船员预测未来的船舶动力系统。
船舶动力学仿真技术可以通过虚拟现实技术，模拟不同的气象条件、水流条件、负载和船速等因素，以帮助设计者更好地评估船舶性能，了解其动态属性，使船舶重量尽可能小，速度最快且耗能低，性能优异。
船舶动力学建模在船舶动力学建模领域，我们可以通过建立数学模型，来帮助我们理解船舶的动力学性能。
数学模型包括了船体的几何结构，船体的水动力学性能，动力系统的能源和传输系统等因素。
其中最重要的是动力系统的模型。
该模型使用动力线路图来表示动力系统的组成部分，例如主机、转向、避震装置、无人驾驶系统、传感器等，允许我们研究系统的动态性能。
此外，广泛应用仿真分析技术来描述船体的运动状态，以预测其运动状态，例如纵向、横向、旋转等参数。
船舶动力系统的运作包括主机、螺旋桨及舵系的控制。
这些组成部分可以通过电气及机械数字模型来复制真实的船舶系统。
通过采用分布在整个系统中的传感器和控制器，我们可以测量、记录和控制诸如温度、压力、流量以及功率等计量参数。
动力系统和船壳之间的相互作用可以通过电气传输线模拟。
全面研究吸湿、渗透、腐蚀及其他诸如此类的因素，能增强电气系统的耐用性。
船体的结构和弯曲刚度及其他力位特性也应考虑。
船舶动力学仿真技术船舶动力学仿真技术就是将建立的计算模型应用到虚拟现实技术中。
在这个领域，我们可以模拟船舶在不同情况下的运动，计算需要的动力信息并在虚拟现实环境中进行仿真。
由于虚拟现实技术可以模拟气候条件，船体结构及水荷载的效果，我们可以在一台计算机上进行多种情况下的仿真测试来优化波浪抗性。
并且通过在虚拟环境中加入人工智能系统可以使侦查和反应能力不断提高，提高船员的安全性和可靠性，提高设备的操作效率。
另外，船舶动力学仿真技术也可用于优化船舶的负载和方向。
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通常，混合动力船舶采用的能源类型包括以下几种： 1）太阳能 船舶上的太阳能技术分为光伏发电与光热发电 2 种类型，其中，光热发电的效率较低，无法满足船 舶的动力需求。采用光伏发电的混合动力船舶首先将 太阳能板产生的电力存储于蓄电池中，等动力系统需 要电力补充时再释放电力。 2）风能 海上蕴藏丰富的风能资源，合理利用风能可以提 高船舶的航行效率。目前，船舶对风能的利用方式分 为风力驱动和风力发电 2 种，其中，风力驱动船舶的 方式在汽轮机发明以前就早已存在，而风力发电方式 主要起到辅助动力的作用。 3）燃料电池 燃料电池是近年来的研究热点，燃料电池可以直 接将化学能转换为电能[3]，能量利用率高，整个过程 中不产生废气和废料，具有巨大的市场潜力。
第 40 卷 第 3A 期 2018 年 3 月
舰船科学技术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol. 40, No. 3A Mar. , 2018
船舶混合动力系统的数学建模与仿真研究
邱泽伟 (广东省机械技师学院，广东 广州 510450)
摘 要: 船舶工业一方面促进了世界经济交流与发展，另一方面也导致了环境污染、能源危机等问题，近年 来得到了外界的一致重视。随着船舶动力能源的调整，混合动力船舶逐渐出现，并逐渐成为一种发展趋势。混合动 力船舶是将柴油发电主机与燃料电池并联，共同产生船舶航行所需要的动力。本文系统研究了船舶混合动力系统的 参数与原理，建立了混合动力系统的数学模型，并在 Matlab Simulink 中进行了混合电力系统的仿真。仿真结果证 明，混合动力系统可以较好的满足船舶的航行需求。
1）噪声污染 大型集装箱运输船在海上航行时会产生非常大的 噪音，不仅会影响船舶工作人员的身心健康，还会对 海洋生物造成严重的影响。船舶噪声的来源包括柴油 主机、螺旋桨等动力设备，其中，柴油主机是产生噪 声最严重的部件[1]。
2）空气污染 目前，航运船舶均采用化石燃料作为船舶的动力 来源，化石燃料在燃烧时会产生大量的 CO2、PM(有害 颗粒物)、NOx(氮氧化物) 和硫氧化物等，造成气候变 暖和严重的控制污染。 3）水污染 柴油主机在运行时不可避免的产生油污水，这些 油污水排入海洋和河流后会对水质造成污染，严重威 胁水中的生物。 因此，对船舶柴油机动力系统进行技术升级，采 用新能源或者混合动力船舶成为一种发展趋势和研究 热点。本文的研究对象是混合动力船舶，研究内容包 括混合动力建模、螺旋桨建模、以及混合动力控制系 统的设计与仿真。
QIU Ze-wei (Guangdong Machinery Technician College, Guangzhou 510450, China)
Abstract: On the one hand, the shipbuilding industry has promoted the world's economic exchanges and development. On the other hand, it has also led to environmental pollution and energy endangering. With the adjustment of the power energy of the ship, the hybrid power ships gradually appear, and gradually become a trend of development. The hybrid power ship is the power that the diesel engine is connected with the fuel cell in parallel to produce the ship's navigation. This paper systematically studies the parameters and principles of marine hybrid power system, establishes the mathematical model of hybrid power system, and carries out the simulation of hybrid power system in Matlab Simulink. The simulation results show that the hybrid power system can meet the requirements of the ship's navigation.
Key words: hybrid power；fuel cell；Matlab Simulink
0 引 言
海上航运业促进了我国与世界上其他国家的商品 贸易与流通，为我国的经济发展提供了充足的动力。 与此同时，海上航运业也给我国的海洋环境带来一定 的负面影响。目前，航运船舶均采用柴油主机作为船 舶的动力，该类型主机的推进功率高，技术成熟，但 也存在着下述问题：
关键词：混合动力；燃料电池；Matlab Simulink
中图分类号：U662.3 文献标识码：A
文章编号： 1672 – 7649(2018)3A – 0046 – 03
doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2018.3A.016
Research on mathematical modeling and Simulation of marine hybrid power system
收稿日期: 2018 – 01 – 28 作者简介: 邱泽伟 (1978 – )，男，硕士，高级讲师，主要研究方向为计算机网络、计算机仿真及软件设计开发等。
第 40 卷
邱泽伟：船舶混合动力系统的数学建模与仿真研究
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1 船舶混合动力系统的发展
近年来，为了促进海上环境的保护，船舶工业对 动力系统进行了大量的技术探索，研发出了多种类型 的船舶驱动形式[2]。
目前，较为成熟的船舶驱动系统包括汽轮机动力 系统、核动力推进系统、混合动力推进系统和柴油推 进系统等。其中，混合动力推进系统不仅可以满足船 舶的动力需求，还可以大幅度降低噪声污染和废水、 废气污舶的甲板采用了光伏发电板，充分利用了 太阳能资源，甲板两侧的机翼可以借助海风推进船舶 运动。