Mathematic modeling of all-range controllers speed of thrusters for ship power plants in combined...

13
ÓÄÊ 629.56: 629.5.064 Â.Â. Áóäàøêî, êàíä. òåõí. íàóê, Å.À. Þøêîâ, àñïèðàíò Îäåññêàÿ íàöèîíàëüíàÿ ìîðñêàÿ àêàäåìèÿ (Óêðàèíà, 61029, Îäåññà, óë. Äèäðèõñîíà, 8, òåë. (048) 7332367, å-mail: [email protected], [email protected] ) Ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå âñåðåæèìíûõ ðåãóëÿòîðîâ îáîðîòîâ ïîäðóëèâàþùèõ óñòðîéñòâ ñóäîâûõ ýíåðãåòè÷åñêèõ óñòàíîâîê êîìáèíèðîâàííûõ ïðîïóëüñèâíûõ êîìïëåêñîâ Íà îñíîâå ñèñòåìíîãî ïîäõîäà ñ ó÷åòîì òåõíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ñóäîâîé ýíåðãå- òè÷åñêîé óñòàíîâêè êîìáèíèðîâàííîãî ïðîïóëüñèâíîãî êîìïëåêñà äèíàìè÷åñêè ïîçè- öèîíèðóþùåãî íåôòåäîáûâàþùåãî ñóäíà è ñóùåñòâóþùèõ îãðàíè÷åíèé ïî ìîùíîñòè è ìîìåíòó íà âàëó, à òàêæå ðàçëè÷íûõ ñòðàòåãèé óïðàâëåíèÿ ïîäðóëèâàþùèìè óñòðîéñò- âàìè ðàçðàáîòàíà ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü âñåðåæèìíîãî ðåãóëÿòîðà îáîðîòîâ. Ïîëó÷åíû ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè, ïåðåäàòî÷íûå ôóíêöèè è ñîçäàíû áëîê-ñõåìû çàìêíóòûõ ñèñòåì ðåãóëèðîâàíèÿ ÷àñòîòû âðàùåíèÿ, ìîìåíòà è ìîùíîñòè ïîäðóëèâàþùåãî óñòðîéñòâà, çàâèñÿùèõ îò äèíàìè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ñóäíà, íàõîäÿùåãîñÿ â óñëîâèÿõ íåñòàáèëü- íîñòè ðàáîòû âèíòà è âîçäåéñòâèÿ îêðóæàþùåé ñðåäû. Íà îñíîâàíèè ðàçðàáîòàííîé â ñðåäå MatLab/ Simulink èìèòàöèîííîé ìîäåëè âñåðåæèìíîãî ðåãóëÿòîðà îáîðîòîâ äëÿ òåñòîâîãî ïðèìåðà ïîëó÷åíû ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ àâòîìàòè÷åñêîãî ïåðåõîäà ðåãóëÿòîðà èç îäíîãî ðåæèìà ðàáîòû â äðóãîé â çàâèñèìîñòè îò ýêñïëóàòàöèîííûõ óñëîâèé. Íà îñíîâ³ ñèñòåìíîãî ï³äõîäó ç óðàõóâàííÿì òåõí³÷íèõ õàðàêòåðèñòèê ñóäíîâî¿ åíåð- ãåòè÷íî¿ óñòàíîâêè êîìá³íîâàíîãî ïðîïóëüñèâíîãî êîìïëåêñó íàôòîâèäîáóâíîãî ñóäíà, ùî äèíàì³÷íî ïîçèö³îíóº, òà ³ñíóþ÷èõ îáìåæåíü ïî ïîòóæíîñò³ ³ ìîìåíòó íà âàëó, à òàêîæ ð³çíèõ ñòðàòåã³é óïðàâë³ííÿ ï³äðóëþþ÷èìè ïðèñòðîÿìè ðîçðîáëåíî ìàòåìàòè÷íó ìîäåëü âñåðåæèìíîãî ðåãóëÿòîðà îáåðò³â. Îòðèìàíî ìàòåìàòè÷í³ ìîäåë³, ïåðåäàâàëüí³ ôóíêö³¿ ³ áëîê-ñõåìè çàìêíåíèõ ñèñòåì ðåãóëþâàííÿ ÷àñòîòè îáåðòàííÿ, ìîìåíòó ³ ïîòóæ- íîñò³ ï³äðóëþþ÷îãî ïðèñòðîþ, ùî çàëåæàòü â³ä äèíàì³÷íèõ õàðàêòåðèñòèê ñóäíà, ÿêå ïåðåáóâຠâ óìîâàõ íåñòàá³ëüíîñò³ ðîáîòè ãâèíòà ³ ï³ä 䳺þ äîâê³ëëÿ. Íà îñíîâ³ ðîçðîá- ëåíî¿ â ñåðåäîâèù³ MatLab/Simulink ³ì³òàö³éíî¿ ìîäåë³ âñåðåæèìíîãî ðåãóëÿòîðà îáåðò³â äëÿ òåñòîâîãî ïðèêëàäó îòðèìàíî ðåçóëüòàòè ìîäåëþâàííÿ àâòîìàòè÷íîãî ïåðåõîäó ðåãó- ëÿòîðà ç îäíîãî ðåæèìó ðîáîòè â ³íø³é çàëåæíî â³ä åêñïëóàòàö³éíèõ óìîâ. Ê ë þ ÷ å â û å ñ ë î â à: ýíåðãåòè÷åñêàÿ óñòàíîâêà, ïðîïóëüñèâíûé êîìïëåêñ, ðåãóëÿòîð. ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 1 ª Â.Â. Áóäàøêî, Å.À. Þøêîâ, 2015

Transcript of Mathematic modeling of all-range controllers speed of thrusters for ship power plants in combined...

ÓÄÊ 629.56: 629.5.064

Â.Â. Áóäàøêî, êàíä. òåõí. íàóê, Å.À. Þøêîâ, àñïèðàíò Îäåññêàÿ íàöèîíàëüíàÿ ìîðñêàÿ àêàäåìèÿ (Óêðàèíà, 61029, Îäåññà, óë. Äèäðèõñîíà, 8, òåë. (048) 7332367, å-mail: [email protected], [email protected] )

Ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå âñåðåæèìíûõðåãóëÿòîðîâ îáîðîòîâ ïîäðóëèâàþùèõ óñòðîéñòâñóäîâûõ ýíåðãåòè÷åñêèõ óñòàíîâîê êîìáèíèðîâàííûõ ïðîïóëüñèâíûõ êîìïëåêñîâ

Íà îñíîâå ñèñòåìíîãî ïîäõîäà ñ ó÷åòîì òåõíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ñóäîâîé ýíåðãå -òè÷åñêîé óñòàíîâêè êîìáèíèðîâàííîãî ïðîïóëüñèâíîãî êîìïëåêñà äèíàìè÷åñêè ïîçè -öèî íèðóþùåãî íåôòåäîáûâàþùåãî ñóäíà è ñóùåñòâóþùèõ îãðàíè÷åíèé ïî ìîùíîñòè èìîìåíòó íà âàëó, à òàêæå ðàçëè÷íûõ ñòðàòåãèé óïðàâëåíèÿ ïîäðóëèâàþùèìè óñòðîéñò -âàìè ðàçðàáîòàíà ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü âñåðåæèìíîãî ðåãóëÿòîðà îáîðîòîâ. Ïîëó÷åíûìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè, ïåðåäàòî÷íûå ôóíêöèè è ñîçäàíû áëîê-ñõåìû çàìêíóòûõ ñèñòåìðåãóëèðîâàíèÿ ÷àñòîòû âðàùåíèÿ, ìîìåíòà è ìîùíîñòè ïîäðóëèâàþùåãî óñòðîéñòâà,çàâèñÿùèõ îò äèíàìè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ñóäíà, íàõîäÿùåãîñÿ â óñëîâèÿõ íåñòà áèëü -íîñ òè ðàáîòû âèíòà è âîçäåéñòâèÿ îêðóæàþùåé ñðåäû. Íà îñíîâàíèè ðàçðàáîòàííîé âñðåäå MatLab/ Simulink èìèòàöèîííîé ìîäåëè âñåðåæèìíîãî ðåãóëÿòîðà îáîðîòîâ äëÿòåñòîâîãî ïðè ìåðà ïîëó÷åíû ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ àâòîìàòè÷åñêîãî ïåðåõîäàðåãóëÿòîðà èç îä íîãî ðåæèìà ðàáîòû â äðóãîé â çàâèñèìîñòè îò ýêñïëóàòàöèîííûõóñëîâèé.

Íà îñíîâ³ ñèñòåìíîãî ï³äõîäó ç óðàõóâàííÿì òåõí³÷íèõ õàðàêòåðèñòèê ñóäíîâî¿ åíåð -ãåòè÷íî¿ óñòàíîâêè êîìá³íîâàíîãî ïðîïóëüñèâíîãî êîìïëåêñó íàôòîâèäîáóâíîãî ñóäíà,ùî äèíàì³÷íî ïîçèö³îíóº, òà ³ñíóþ÷èõ îáìåæåíü ïî ïîòóæíîñò³ ³ ìîìåíòó íà âàëó, àòàêîæ ð³çíèõ ñòðàòåã³é óïðàâë³ííÿ ï³äðóëþþ÷èìè ïðèñòðîÿìè ðîçðîáëåíî ìàòåìàòè÷íóìîäåëü âñåðåæèìíîãî ðåãóëÿòîðà îáåðò³â. Îòðèìàíî ìàòåìàòè÷í³ ìîäåë³, ïåðåäàâàëüí³ôóíêö³¿ ³ áëîê-ñõåìè çàìêíåíèõ ñèñòåì ðåãóëþâàííÿ ÷àñòîòè îáåðòàííÿ, ìîìåíòó ³ ïîòóæ -íîñò³ ï³äðóëþþ÷îãî ïðèñòðîþ, ùî çàëåæàòü â³ä äèíàì³÷íèõ õàðàêòåðèñòèê ñóäíà, ÿêåïåðåáóâຠâ óìîâàõ íåñòàá³ëüíîñò³ ðîáîòè ãâèíòà ³ ï³ä 䳺þ äîâê³ëëÿ. Íà îñíîâ³ ðîç ðîá -ëåíî¿ â ñåðåäîâèù³ MatLab/Simulink ³ì³òàö³éíî¿ ìîäåë³ âñåðåæèìíîãî ðåãóëÿòîðà îáåðò³âäëÿ òåñòîâîãî ïðèêëàäó îòðèìàíî ðå çóëü òàòè ìîäåëþâàííÿ àâòîìàòè÷íîãî ïåðå õîäó ðåãó -ëÿ òîðà ç îäíîãî ðåæèìó ðîáîòè â ³íø³é çàëåæíî â³ä åêñïëóàòàö³éíèõ óìîâ.

Ê ë þ ÷ å â û å ñ ë î â à: ýíåðãåòè÷åñêàÿ óñòàíîâêà, ïðîïóëüñèâíûé êîìï ëåêñ, ðåãóëÿòîð.

ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 1

ã Â.Â. Áóäàøêî, Å.À. Þøêîâ, 2015

Áóðîâûå ñóäíà, èìåþùèå áîëåå âûñîêóþ ìàíåâðåííîñòü, ñêîðîñòü ïåðå -ìåùåíèÿ è áîëüøóþ àâòîíîìíîñòü ïî ñðàâíåíèþ ñ ïîëóïîãðóæíûìè áó ðî -âûìè óñòàíîâêàìè (ÏÏÁÓ), èñïîëüçóþòñÿ ïðè áóðåíèè ïîèñêîâûõ è ðàçâå -äî÷íûõ ñêâàæèí â îòäàëåííûõ ðàéîíàõ íà ãëóáèíàõ àêâàòîðèé äî 3000 ì. Âîòëè÷èå îò ÏÏÁÓ äëÿ áóðîâûõ ñóäîâ óñòàíîâëåíû áîëüøèå îãðàíè÷åíèÿ âðàáîòå â çàâèñèìîñòè îò âîëíåíèÿ ìîðÿ. Òàê, âåðòèêàëüíàÿ êà÷êà áóðîâûõñóäîâ ïðè áóðåíèè äîïóñêàåòñÿ äî 3,6 ì, à ÏÏÁÓ — äî 5 ì. Ê íåäîñòàòêàìïîñëåäíèõ ìîæíî îòíåñòè ìàëóþ ñêîðîñòü ïåðåäâèæåíèÿ.

 çàâèñèìîñòè îò òèïà áóðîâîãî ñðåäñòâà èñïîëüçóåòñÿ îäèí èç òðåõèçâåñòíûõ ñïîñîáîâ óäåðæàíèÿ åãî íàä òî÷êîé áóðåíèÿ è ïðèìåíÿåòñÿñîîòâåòñòâóþùàÿ ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ ðàñïðåäåëåíèåì ìîùíîñòè (PMS,Power Man age ment Sys tem). Ñóäîâàÿ ýíåðãåòè÷åñêàÿ óñòàíîâêà (ÑÝÓ) òà -êèõ êîìáèíèðîâàííûõ ïðîïóëüñèâíûõ êîìïëåêñîâ (ÊÏÊ) îáû÷íî ñîñ òîèò èç 6—10 ìîùíûõ äâèãàòåëåé ïîäðóëèâàþùèõ óñòðîéñòâ (ÏÓ) ðàçëè÷ íûõêîíñòðóêöèé â çàâèñèìîñòè îò ðàñïîëîæåíèÿ íà ñóäíå äëÿ ïîçè öèîíè -ðîâàíèÿ, êîòîðûå ïèòàþòñÿ îò ÷åòûðåõ—øåñòè âûñîêîâîëüòíûõ ñèíõ -ðîííûõ ãåíåðàòîðîâ (ÑÃ). Ãåíåðàòîðû ïîäêëþ÷àþòñÿ ê øèíàì íå ìåíååäâóõ ãëàâíûõ ðàñïðåäåëèòåëüíûõ ùèòîâ, ñîåäèíåííûõ ìåæäó ñîáîé ñïîìîùüþ èíòåãðàëüíîãî âûêëþ÷àòåëÿ. Ôóíêöèè PMS ðåàëèçî âàíû â òðåõíåçàâèñèìûõ ñèñòåìàõ óïðàâëåíèÿ, à èìåííî: ñèñòåìå äèíà ìè÷åñêîãî ïî -çèöèîíèðîâàíèÿ (DP, Dy namic Po si tion ing), ñâåðëåíèÿ (DC, Di rect Cur rent)è ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ äàííûìè (DMS, Data Man age ment Sys tems). Ôóíê -öèè óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì êàæäîé ñèñòåìû îñóùåñòâ ëÿþò ñÿ ñàìîñòîÿ -òåëüíî, ÷åðåç ñïåöèàëüíûå âõîäû äëÿ äàò÷èêîâ îò îñíîâíûõ ýëåêòðè÷åñ -êèõ ñåòåé. Ñèñòåìû ðàññ÷èòûâàþò îáùóþ ìîùíîñòü ñ ó÷åòîì îáùåéíàãðóçêè, êîòîðàÿ àâòîìàòè÷åñêè óìåíüøàåòñÿ â ñëó÷àå ïðåâûøå íèÿ çàðà -íåå óñòàíîâëåííûõ ïðåäåëîâ.

Ïðè èññëåäîâàíèè ïðèíöèïîâ ñèíòåçà è ôóíêöèîíèðîâàíèÿ DP ñóäîâ,îñíàùåííûõ ñëîæíûì ÊÏÊ, øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ òèïè÷íûå ïðîïîð öèî -íàëüíî-èíòåãðàëüíî-äèôôåðåíöèàëüíûå (ÏÈÄ) ðåãóëÿòîðû â ðàçëè÷íûõêîíòóðàõ ñèñòåì óïðàâëåíèÿ, íåñìîòðÿ íà ñóùåñòâåííûå èõ íåäîñòàòêè(ñëîæíîñòü ïàðàìåòðèçàöèè, ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê øóìàì, íåîáîñíîâàííûåðàñõîäû ýíåðãèè è äð.) [1, 2].  íåêîòîðûõ ÑÝÓ ÊÏÊ ñ DP ïðè îñòàíîâêåãëàâíîãî è âñïîìîãàòåëüíîãî äâèãàòåëåé, à òàêæå îäíîãî èç ÏÓ, ñóäíî âñå-òàêè óäåðæèâàåò ïîçèöèþ äàæå â ñëîæíûõ ïîãîäíûõ óñëîâèÿõ. Èíîã äà ðà -áîòà ñ DP2 ïðè íàëè÷èè ãëîáàëüíîé ñïóòíèêîâîé íàâèãàöèîííîé ñèñòåìû ñâûâåäåííûì óñòðîéñòâîì FanBeam [3] è ðàáîòàþùèì àâòîïè ëî òîì ñâîäèò ñÿ,ïî ñóòè, ê ðàáîòå ñ DP1, à ñàìûå ñîâðåìåííûå áåòà-âåðñèè K-POS [4] íåðåøàþò ïðîáëåìû ïëîõîé óïðàâëÿåìîñòè ñóäíà. Ïîíÿòíî, ÷òî ïîâûøåíèåìáûñòðîäåéñòâèÿ ñèñòåìû DP íåâîçìîæíî äîáèòüñÿ ýíåðãå òè÷åñêîé ýôôåê -òèâ íîñòè ÑÝÓ ÊÏÊ è òî÷íîñòè ïîçèöèîíèðîâàíèÿ ñóäíà.

Â.Â. Áóäàøêî, Å.À. Þøêîâ

2 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2015. V. 37. ¹ 2

Ñëåäîâàòåëüíî, çàäà÷ó ìîæíî ñôîðìóëèðîâàòü òàê: ïîâûøåíèå ýíåð -ãåòè ÷åñêîé ýôôåêòèâíîñòè ÑÝÓ ÊÏÊ â ðåæèìå DP è îáåñïå÷åíèå âûïîë -íåíèÿ òåõíîëîãè÷åñêèõ óñëîâèé â ðåçóëüòàòå ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ ðåãóëÿ -òî ðîâ îáîðîòîâ (ÐÎ) ÏÓ ñ èñïîëüçîâàíèåì ãèáêèõ îáðàòíûõ ñâÿçåé.

Ïîñòàíîâêà çàäà÷è. Äëÿ ýôôåêòèâíîãî âûïîëíåíèÿ ãëàâíîé çàäà÷è —óäåðæèâàòüñÿ â çàäàííîé ïîçèöèè — ÑÅÓ ÊÏÊ äîëæíî áûòü îáîðóäîâàíîÏÓ ñî âñåðåæèìíûìè ÐÎ, ñïîñîáíûìè ñîãëàñíî òåõíîëîãè÷åñêîìó ïðî -öåñ ñó îáåñïå÷èâàòü ìàíåâðîâî-òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè âî âñåì äèà -ïàçîíå èçìåíåíèÿ ýíåðãåòè÷åñêèõ çàïðîñîâ ñ îäíîâðåìåííîé ñòàáèëèçà -öèåé êîîðäèíàò ýëåêòðîïðèâîäîâ ÏÓ, ò.å. ñ àâòîìàòè÷åñêèì, â îòëè÷èå îòÐÎ òåïëîâîãî ãðåáíîãî äâèãàòåëÿ, âûáîðîì ðåãóëèðóåìîãî ïàðàìåòðà.

Ðàáîòà ãðåáíûõ âèíòîâ ÑÝÓ ÊÏÊ â ðåæèìå DP ñîïðîâîæäàåòñÿ áîëü -øèìè ïîòåðÿìè ìîùíîñòè, ìîìåíòà è, ñëåäîâàòåëüíî, óïîðà, âûçâàííûõîñåâûì ïðèòîêîì âîäû âñëåäñòâèå âëèÿíèÿ òàêèõ ýôôåêòîâ:

äâèæåíèå âîäû ïåðïåíäèêóëÿðíî îñè ãðåáíîãî âèíòà, âûçâàííîå òå÷å -íèåì îò ñêîðîñòè ñóäíà èëè ïîòîêîâ ñ äðóãèõ äâèãàòåëåé â íàïðàâëåíèèïðèòîêà ÷åðåç îòêëîíåíèÿ ïîòîêà âèíòà (êðîññ-ñî÷åòàíèå ñîïðîòèâëåíèé);

êàâèòàöèÿ (âñàñûâàíèå âîçäóõà) ïðè òÿæåëûõ íàãðóçêàõ íà âèíò, ïðè -âîäÿùàÿ ê óìåíüøåíèþ äàâëåíèÿ íà ëîïàñòè âèíòà ïðè åãî ìàëîì ïîãðó -æåíèè âî âðåìÿ äâèæåíèÿ ñóäíà ïåðïåíäèêóëÿðíî âîëíàì;

ýêñòðåìàëüíûå óñëîâèÿ ñ áîëüøèìè àìïëèòóäàìè äâèæåíèÿ ñóäíàïåðïåíäèêóëÿðíî ïîâåðõíîñòè âîäû, ïðèâîäÿùèå ê âíåçàïíîìó ïàäåíèþòÿãè è êðóòÿùåãî ìîìåíòà ñ ýôôåêòîì ãèñòåðåçèñà;

îäíîâðåìåííîå ñíèæåíèå òÿãè è èçìåíåíèå åå íàïðàâëåíèÿ, êîòîðîåìîæåò ïðîèçîéòè âñëåäñòâèå âçàèìîäåéñòâèÿ ïîòîêà îò ÏÓ ñ êîðïóñîì,âûçâàííîãî äàâëåíèåì, êîãäà òÿãà ÏÓ íàïðàâëåíà âäîëü êîðïóñà (òàêíàçûâàåìûé ýôôåêò Êîàíäà);

ïîòåðÿ óïîðà ÏÓ, âûçâàííàÿ âëèÿíèåì ãðåáíîãî ïîòîêà îò îäíîãîäâèãàòåëÿ íà ñîñåäíèå äâèãàòåëè è ïðèâîäÿùàÿ ê çíà÷èòåëüíîìó ñíè -æåíèþ òÿãè, åñëè íå ïðèíÿòû ñîîòâåòñòâóþùèå ìåðû â àëãîðèòìå ðàñïðå -äåëåíèÿ óïîðîâ íà ÏÓ.

Ðåàëèçàöèÿ âñåðåæèìíîãî ÐÎ ãðåáíîãî äâèãàòåëÿ ÏÓ ïîçâîëèò ìèíè ìè -çèðîâàòü âëèÿíèå ïåðå÷èñëåííûõ ýôôåêòîâ â ðåçóëüòàòå àâòîìàòè÷åñ êîãîïåðåâîäà ðåãóëÿòîðà èç îäíîãî ðåæèìà ðàáîòû â äðóãîé â çàâè ñèìîñòè îòýêñïëóàòàöèîííûõ óñëîâèé, ÷åãî íåâîçìîæíî äîáèòüñÿ, íàïðèìåð, ïðèðåãóëèðîâàíèè òîëüêî îáîðîòîâ èëè òîëüêî ìîìåíòà.

Ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå âñåðåæèìíîãî ÐÎ ÏÓ ÑÝÓ ÊÏÊ ñDP, îáåñïå÷èâàþùèõ ñòàáèëüíîñòü òÿãè, âðàùàþùåãî ìîìåíòà íà âàëó âîâñåì äèàïàçîíå ðåãóëèðîâàíèÿ è, ñîáñòâåííî, ïîâûøåíèå ýôôåêòèâíîñòèïåðåäà÷è ìîùíîñòè ê ãðåáíûì âèíòàì ñ îäíîâðåìåííûì óäåðæàíèåìñóäíîì ïîçèöèè, áóäåì ïðîâîäèòü èñõîäÿ èç ñëåäóþùèõ äîïóùåíèé.

Ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå âñåðåæèìíûõ ðåãóëÿòîðîâ îáîðîòîâ

ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 3

Êàæäûé òèï ÏÓ èìååò ñâîè êîíñòðóêòèâíûå îñîáåííîñòè. Çíà÷åíèÿíåêîòîðûõ âàæíûõ ïàðàìåòðîâ ìîãóò áûòü ðàçëè÷íûìè äëÿ ðàçëè÷íûõâèäîâ ÏÓ, íî îáúåäèíÿþùèì ôàêòîðîì äëÿ íèõ ÿâëÿåòñÿ îêðóæàþùàÿñðåäà. Íà ðèñ. 1 ñõåìàòè÷åñêè ïðåäñòàâëåí ïëàí çîíû óïîðîâ è ñèë, äåéñò -âóþùèõ íà áóðîâîå ñóäíî ñ ÏÓ àçèìóòàëüíîãî òèïà. Ñîñòîÿíèå êàæäîãîäâèãàòåëÿ çàäàíî âåêòîðîì òÿãè u u ux y= ( , ). Âñå äâèãàòåëè ñìîäåëèðîâàíû â ïðÿìîóãîëüíîé ñèñòåìå êîîðäèíàò, íî ìîæíî èñïîëüçîâàòü è ïîëÿðíûåêîîðäèíàòû äëÿ çàôèêñèðîâàííûõ äâèãàòåëåé ÏÓ, êîòîðûå íå âðàùàþòñÿàçèìóòàëüíî, âêëþ÷åíèåì ïîñòîÿííîãî óãëà â ìàòðèöå êîíôèãóðàöèè.Ïðè èñïîëüçîâàíèè îäèíàêîâîé ñèñòåìû êîîðäèíàò äëÿ âñåõ òèïîâ äâè -ãàòåëåé ìîæåò âîçíèêíóòü îäíî èëè äâà äîïîëíèòåëüíûõ îãðàíè÷åíèÿ äëÿêàæäîãî çàôèêñèðîâàííîãî äâèãàòåëÿ.

Ôîðìèðîâàíèå ìîäåëè âñåðåæèìíîãî ÐÎ. Äëÿ âèíòîâ ôèêñèðîâàí -íîãî øàãà âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó ìîìåíòîì âèíòà Qp, óïîðîì Tp è ìîù -

Â.Â. Áóäàøêî, Å.À. Þøêîâ

4 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2015. V. 37. ¹ 2

Ðèñ. 1. Ñõåìà çîí óïîðîâ ÏÓ è ñèë, äåéñòâóþùèõ íà ñóäíî: ÖÒ — öåíòð òÿæåñòè; Ty, Tx —óïîðû ÏÓ; Qz — ïîâîðîòíûé ìîìåíò

íîñòüþ Pp âèíòà íàõîäèì íà îñíîâàíèè äèàãðàììû ñâîáîäíîé âîäû èóðàâíåíèé äèíàìèêè îòíîñèòåëüíî ÷àñòîòû âðàùåíèÿ âàëà è äèàìåòðàâèíòà [5]:

T D K n np T=r 4 | | (Í),

Q D K n np Q=r 5 | | (Íì), (1)

P n Qp p=2p

60 (Âò),

ãäå n — ÷àñòîòà âðàùåíèÿ âèíòà, ðàä/ñ; r — ïëîòíîñòü âîäû, êã/ì3; D —äèàìåòð âèíòà, ì; KT — êîýôôèöèåíò óïîðà âèíòà; KQ — êîýôôèöèåíòìîìåíòà. Îòíîñèòåëüíûé øàã âèíòà l =V nDa / ( ), ãäå Va — ñêîðîñòü ïðè -òîêà âîäû íà ãðåáíîé âèíò. Ýôôåêòèâíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ âèíòà íà îò -êðû òîé âîäå îïðåäåëÿåòñÿ êàê îòíîøåíèå âûïîëíåííîé âèíòîì ðàáîòûäëÿ ïîëó÷åíèÿ ñèëû òÿãè ê ðàáîòå, íåîáõîäèìîé äëÿ ïðåîäîëåíèÿ êðó -òÿùåãî ìîìåíòà íà âàëó:

hp

l

p0

2 2= =

V F

nT

K

Ka

p

T

Q

.

Çíà÷åíèÿ KT, KQ è h0 äëÿ êîíêðåòíîãî êîíñòðóêòèâíîãî øàãà P/D ãðåáíîãîâèíòà ÏÓ ìîæíî îïðåäåëèòü, íàïðèìåð, ñ ïîìîùüþ [6, òàáë. 5], èñ õîäÿ èçòîãî, ÷òî ÷èñëî Ðåéíîëüäñà Rn = ´2 106, ÷èñëî ëîïàñòåé âèíòà Z = 4, D = 3,1 ì,äèñêîâîå ñîîòíîøåíèå AE/A0 = 0,52 (ðèñ. 2).

Ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå âñåðåæèìíûõ ðåãóëÿòîðîâ îáîðîòîâ

ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 5

Ðèñ. 2. Ãðàôèêè çàâèñèìîñòè ïàðàìåòðîâ ãðåáíîãî âèíòà ÏÓ îò îòíîñèòåëüíîãî øàãàâèíòà l: —— KÒ ïðè P/D = 0,7; ××××××××× 10KQ ïðè P/D = 0,89; h0 ïðè P/D = 1,1

Îòíîñèòåëüíàÿ çàâèñèìîñòü ñêî -ðîñòè äâèæåíèÿ âèíòà îò àáñî -ëþòíîé ñêîðîñòè äâèæåíèÿ ñóäíàõàðàê òåðèçóåòñÿ êîýôôèöèåíòîì ïî -ïóòíîãî ïî òîêà w: V w va s= -( )1 , ãäåêàê ïðàâèëî, 0 < w < 0,4.  ðåçóëü -òàòå âñàñûâàíèÿ ñíèæàåòñÿ äàâëå -íèå çà âèíòîì, ÷òî ïðèâîäèò ê óâå -ëè÷åíèþ ñîïðîòèâ ëåíèÿ. Ïðè ýòîì

îòíîñèòåëüíàÿ çàâèñèìîñòü îá ùåãî óïîðà âñåõ âèíòîâ îò ñîï ðîòèâ ëå íèÿäâèæåíèþ ñóäíà õàðàêòåðèçóåòñÿ êîýôôèöèåíòîì ãîðè çîí òàëüíîãî óäåð -æàíèÿ (çàñàñûâàíèÿ) t: k T R tp p u= -/ ( )1 , ãäå 0 < t < 0,2; kp — ÷èñëî âèíòîâ;Ru — ñîïðîòèâëåíèå äâèæåíèþ ñóäíà, H. Êîýôôèöèåíò t çàâèñèò îò ñêî -ðîñòè äâèæåíèÿ ñóäíà è îáâîäîâ êîðïóñà â ðàéîíå ðàñ ïîëîæåíèÿ âèíòà, ÷òîïðèâîäèò ê ñíèæåíèþ äàâëåíèÿ.  íåêîòîðûõ ñëó ÷àÿõ t ìîæåò èìåòü îòðè -öàòåëüíîå çíà÷åíèå. Ñ ïîìîùüþ êîýôôèöèåíòà w ó÷èòûâàåòñÿ èçìå íåíèåïîïóòíîãî ïîòîêà ïî ñðàâíåíèþ ñ îòêðûòîé âî äîé, à ñ ïî ìîùüþ êîýôôè öèåí -òà KQ — åãî çàâèñèìîñòü îò èçìåíåíèÿ ïðèòîêà â êîðìîâîé ÷àñòè.

Îáùèé ïðîïóëüñèâíûé ÊÏÄ êîìïëåêñà ñóäíî—äâèãàòåëü—ãðåáíîéâèíò âû÷èñëÿåì ïî ôîðìóëå

hp

h h h hpu s

ph r m

R v

nT= =

20 .

Çäåñü hh t w= - -( ) /1 1 ; hm — ÊÏÄ âàëîïðîâîäà è ðåâåðñ-ðåäóêòîðíîé ïåðå -äà÷è, hm = 0,9 ¸ 0,95;

h h hl p)

hr B

T QBQ QB

K KK K= = =/

( / ( / )/0

0

2 ,

ãäå hB — ÊÏÄ âèíòà äëÿ äàííîãî çíà÷åíèÿ KQB (ñì. ðèñ. 2).×óâñòâèòåëüíîñòü CÅÓ ÊÏÊ ê ïîòåðÿì çàâèñèò îò òèïà âèíòà è äâè -

ãàòåëÿ, ïðèìåíåíèÿ ðàçëè÷íûõ ñòàáèëèçàòîðîâ â êîíñòðóêöèè êîðïóñàñóä íà è èçìåíåíèÿ àëãîðèòìà óïðàâëåíèÿ â çàâèñèìîñòè îò ýêñïëóà òà -öèîííûõ óñëîâèé.

Äåéñòâóþùèå çíà÷åíèÿ óïîðà è ìîìåíòà âèíòà íàõîäèì èç ñîîò -íîøåíèé

T h n x t T f n xd T p T= - =( , , ) ( ) ( , , )q q1 ,

Q h n x Q f n xd Q p Q= =( , , ) ( , , )q q ,(2)

ãäå õ — äèíàìè÷åñêèå ïàðàìåòðû ñóäíà, äâèæóùåãîñÿ ïîä âëèÿíèåìïîãðóæåíèÿ âèíòà è óñëîâèé îêðóæàþùåé ñðåäû; q — çàâèñèìûå ïàðà ìåò -ðû âèíòà (ðèñ. 3).

Â.Â. Áóäàøêî, Å.À. Þøêîâ

6 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2015. V. 37. ¹ 2

Ðèñ. 3. Ñõåìà áàëàíñà äåéñòâóþùèõ ìîìåí -òîâ âèíòà: J — ìîìåíò èíåðöèè

Ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå âñåðåæèìíûõ ðåãóëÿòîðîâ îáîðîòîâ

ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 7

Ðèñ. 4. Áëîê-ñõåìû çàìêíóòîé ñèñòåìû ðåãóëèðîâàíèÿ ìîìåíòà ÀÄ ÏÓ (à), ðåãóëÿòîðàñêîðîñòè (á) è ðåãóëÿòîðà ìîìåíòà âèíòà (â): Yç è Yð — çíà÷åíèÿ çàäàííîãî è ðàñ÷åòíîãîïîòîêîâ, Isa, Isb — èçìåðåííûå çíà÷åíèÿ òîêîâ ñòàòîðà

Ìîùíîñòü äâèãàòåëÿ ÏÏÁÓ îïðåäåëÿåì ïî ôîðìóëàì

P T nTd d d= =w p2 , P T nTp p p= =w p2 . (3)

Íà îñíîâàíèè (1) è (3) ïîëó÷àåì âûðàæåíèÿ äëÿ ðàñ÷åòà óïîðà âèíòà âçàâèñèìîñòè îò ìîùíîñòè íà åãî âàëó:

T nD K h t

K hP

K

K DQd

T T

Q Q

dT

Qd=

-=sgn ( )

( )

( )

/ /

/

/r

p

1 3 2 3

2 3

2 31

2.

Óïðàâëåíèå ìîìåíòîì ÿâëÿåòñÿ íåîòúåìëåìîé ÷àñòüþ êîíñòðóêöèèáîëüøèíñòâà ïðèêëàäíûõ ñõåì óïðàâëåíèÿ ðåãóëèðîâàíèåì ñêîðîñòè ñèñ -òåì ýëåêòðîïðèâîäîâ. Äëÿ ðåãóëèðîâàíèÿ âðàùàþùåãî ìîìåíòà àñèíõðîí -íîãî äâèãàòåëÿ (ÀÄ) èçìå ðÿþò ñÿ òîêè äâèãàòåëÿ è ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïðî -ïóñê íàÿ ñïîñîáíîñòü ñ âû ñîêîé òî÷ íîñòüþ (ðèñ. 4, à). Òåîðåòè÷åñêè âðåìÿíàðàñòàíèÿ êðóòÿùåãî ìî ìåí òà â ïðåîá ðàçîâàòåëå ÷àñòîòû (Ï×) ñ øèðîòíî-èìïóëüñíîé ìîäóëÿ öèåé (ØÈÌ) îãðà íè÷èâàåòñÿ èíäóêòèâíîñòüþ äâèãà -òåëÿ (â çàâèñèìûõ èíâåðòîðàõ òîêà ((LCI, Load Commutated In vert ers) ñîçâåíîì ïîñòîÿííîãî òîêà) [7]. Îäíà êî íà ïðàêòèêå êîíòðîëëåð îãðàíè -÷èâàåò ñêîðîñòü èçìå íåíèÿ êðóòÿùåãî ìîìåíòà äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ ïîâ -ðåæ äåíèÿ ìåõàíè÷åñêîé ÷àñòè ýëåêòðî ïðèâîäà. Òàêèì îáðàçîì, ïåðåäà -òî÷ íóþ ôóíêöèþ êîíòðîëëåðà ìîìåíòà ìîæíî îïèñàòü çàâèñèìîñòüþ

Q st s

Q sp d( )( )

( )=-

1

1 Ï

,

ãäå tÏ× = 20 ¸ 200 ìñ.  ñëó÷àå ïðèìåíåíèÿ âèíòîâ ôèêñèðîâàííîãî øàãàðåãóëÿòîð ñêîðîñòè èñïîëüçóåòñÿ äëÿ îáåñïå÷åíèÿ óïîðà âèíòà (ðèñ. 4, á).Ñêîðîñòü âèíòà nref (êîìàíäà) çàäàåì èñõîäÿ èç ñòàíäàðòíîé ôóíêöèè

n g T TT

D Kn

T

ref ref refref= =0 4

0

( ) sgn ( )r

, (4)

êîòîðàÿ ÿâëÿåòñÿ îáðàòíîé îòíîñèòåëüíî íîìèíàëüíîé âåíòèëÿòîðíîéõàðàêòåðèñòèêè, óêàçàííîé â (1), îáû÷íî äëÿ KT0 = KT (J = 0).

Íîìèíàëüíàÿ ìîùíîñòü PN ñîîòâåòñòâóåò íîìèíàëüíîìó êðóòÿùåìóìîìåíòó QN. Ðåãóëÿòîð ñêîðîñòè ÿâëÿåòñÿ ÏÈÄ-ðåãóëÿòîðîì (ñì. ðèñ. 4, á)ñ ãðàíèöàìè íàñûùåíèÿ, êîòîðûé âû÷èñëÿåò íåîáõîäèìûé êðóòÿùèé ìî -ìåíò ïðè óâåëè÷åíèè (óìåíüøåíèè) ñêîðîñòè. Ìàêñèìàëüíûé êðóòÿùèéìîìåíò ñîñòàâëÿåò Q Q Nmax =a , ãäå a = 1,1¸1,2. Ñòðàòåãèÿ óïðàâëåíèÿ ìî -ìåíòîì çàêëþ÷àåòñÿ â çàìåíå âíåøíåãî êîíòóðà îáðàòíîé ñâÿçè ïî ñêî -ðîñòè ïåòëåé êîíòðîëÿ êðóòÿùåãî ìîìåíòà ñ ïîìîùüþ ôóíêöèè ðàñ ÷åòà

Â.Â. Áóäàøêî, Å.À. Þøêîâ

8 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2015. V. 37. ¹ 2

×

ìîìåíòà ñ óñòàâêîé Qp (ðèñ. 4, â), ðàññ÷èòûâàåìîé êàê ïðîèçâîäíàÿ îòñòàí äàðòíîé ôóíêöèè:

Q g TTref ref= 0( ) . (5)

Îòñþäà ïîñëå ïîäñòàíîâêè ïîëó÷èì

Q D K n nQref ref ref=r 50 , (6)

ãäå K KQ Q0 = (l = 0). Ñîãëàñíî (5) è (6) îòíîøåíèå ìåæäó îñåâûì óïîðîì è

ìîìåíòîì èìååò âèä

QDK

KT g TQ

TTref ref ref= =0

00( ) .

Îãðàíè÷åííûå ïî ìàêñèìóìó çíà÷åíèÿ Qmax, Pmax (ðèñ. 5), ò.å. ñêîð -ðåêòèðîâàí íûå çíà÷åíèÿ âðàùàþùåãî ìîìåíòà Qg è &Qg , îïðå äå ëÿþòñÿ íàîñíî âàíèè ôóíêöèè ðàñ÷åòà ìîìåíòà âèíòà (ñì. ðèñ. 4, â) è õàðàêòåðèñòèêîïîð íîãî ãåíåðàòîðà è ãåíåðàòîðà ôîðñèðîâàíèÿ ïðè çà äàí íîì Tref. Çà -âèñè ìîñòü âðàùàþùåãî ìîìåíòà îò îáîðîòîâ âèíòà íàêëà äûâàåò îãðàíè -÷åíèÿ íà ìàêñèìàëüíóþ ìîùíîñòü, ÷òî ó÷èòûâàåòñÿ ïðè îïðåäåëåíèè ïå ðå -ãðó çî÷íîé ñïîñîáíîñòè ýëåêòðîäâèãàòåëÿ è Ï×. Ïðè ýòîì çîíà îãðà íè ÷å íèÿìîùíîñòè îáóñëîâëåíà äîïóñòèìîé ìîùíîñòüþ Ñà è ìîæåò èç ìå íÿòüñÿ âçàâèñèìîñòè îò åãî çàãðóçêè. Òàêèì îáðàçîì, îãðà íè ÷åíèå ìîù íîñòèýëåêòðîïðèâîäà ÏÓ ïîçâîëÿåò èçáåæàòü îáåñòî ÷èâà íèÿ ÑÝÓ.

Àëüòåðíàòèâíîé ñòðàòåãèåé óïðàâëåíèÿ ÏÓ ñ âåíòèëÿòîðíîé õàðàêòå -ðèñòèêîé íà âàëó ÿâëÿåòñÿ óïðàâëåíèå íà îñíîâå ðåãóëèðîâàíèÿ ìîù -íîñòè. Ïðè çàäàííîì êîíòóðå óïðàâëåíèÿ âðàùàþùèì ìîìåíòîì âåëè÷è -íà óïîðà çàìåíÿåòñÿ ñîîòâåòñòâóþùèì çíà÷åíèåì ìîùíîñòè Pref (ðèñ. 6).

Ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå âñåðåæèìíûõ ðåãóëÿòîðîâ îáîðîòîâ

ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 9

Ðèñ. 5. Îïðåäåëåíèå îãðàíè÷åíèÿ ìàêñèìàëüíîãî ìîìåíòà

Èñïîëüçóÿ (4) è (6), íàõîäèì ñîîòíîøåíèå ìåæäó çàäàííûì îñåâûì óïî -ðîì è ìîùíîñòüþ:

P g T TK

D KTp

Q

T

ref ref ref refsgn= =( ) ( )/

2 0

03 2

p

r . (7)

Òàêèì îáðàçîì, íà îñíîâàíèè ôóíêöèè ðàñ÷åòà ìîùíîñòè ïðè çàäàííîìPref ñ ó÷åòîì õàðàêòåðèñòèê îïîðíîãî ãåíåðàòîðà è ãåíåðàòîðà ôîðñè -ðîâàíèÿ îïðåäåëÿþòñÿ îãðàíè÷åííûå ïî ìàêñèìóìó çíà÷åíèÿ Qmax è Pmax,ò.å. ñêîððåêòèðîâàííûå çàäàííûå çíà÷åíèÿ Pg è &Pg .

Äëÿ ñðàâíèòåëüíîãî àíàëèçà ðàçëè÷íûõ ñõåì óïðàâëåíèÿ íåîáõîäèìîîïðåäåëèòü íàèáîëåå çíà÷èìûå ñâîéñòâà óïðàâëåíèÿ ñêîðîñòüþ, êîíòðîëÿâðàùàþùåãî ìîìåíòà è óïðàâëåíèÿ ìîùíîñòüþ. Óïðàâëåíèå øàãîì âèíòà íå èçó÷åíî, íî äëÿ ïîëó÷åíèÿ îáúåêòèâíîé êàðòèíû íåîáõîäèìî àíàëè -çèðîâàòü ïîâåäåíèå ñõåì óïðàâëåíèÿ ñêîðîñòüþ. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ñêî -ðîñòü âðàùåíèÿ âàëà ðàâíà çàäàííîé ñêîðîñòè nref â óñòàíîâèâøåìñÿ ðåæè -ìå (ñì. ðèñ. 4, á). Èñïîëüçóÿ (1), (2) è (4), çàïèøåì çàâèñèìîñòü ìåæäóôàêòè ÷åñêîé òÿãîé âèíòà è çàäàííîé â âèäå

T h n x tK

KT s x Td T

T

Tn= - =( , , )( ) ( , )q q1

0ref ref .

Ñîãëàñíî ñõåìå óïðàâëåíèÿ âðàùàþùèì ìîìåíòîì, ïðåäñòàâëåííîé íàðèñ. 4, â, ïðåäïîëîæèì, ÷òî âðàùàþùèé ìîìåíò äâèãàòåëÿ è ãðåáíîãî

Â.Â. Áóäàøêî, Å.À. Þøêîâ

10 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2015. V. 37. ¹ 2

Ðèñ. 6. Áëîê-ñõåìà ðåãóëÿòîðà ìîùíîñòè ÏÓ

âèíòà ðàâåí çàäàííîìó ìîìåíòó Qref â óñòàíîâèâøåìñÿ ðåæèìå. Òîãäà ñó÷åòîì (1), (2, (4) è (6) ïîëó÷àåì

Th n x t

h n x

K

K

K

KT s n xd

T

Q

Q

Q

T

TQ=

-=

( , , ) ( )

( , , )( , , )

q

qq

1 0

0ref Tref .

Äëÿ ñõåìû óïðàâëåíèÿ ìîùíîñòüþ, ïðåäñòàâëåííîé íà ðèñ. 6, êàê ïðà- âèëî, ìîùíîñòü ðàâíà Pref â óñòàíîâèâøåìñÿ ðåæèìå. Ïîýòîìó àíàëî ãè÷ -íî, èñïîëüçóÿ (1)—(4), (6) è (7), ïîëó÷àåì

Th n x t

h n x

K

K

K

Kd

T

Q

Q

Q

T

T

=- æ

èçç

ö

ø÷÷

( , , ) ( )

( , , )/

/q

q

12 3

0

0

2 3

T s n x TPref ref= ( , , )q . (8)

Ýôôåêòèâíîñòü ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ÑÝÓ ÊÏÊ ïðè ðàçëè÷íûõ ðåæè -ìàõ óïðàâëåíèÿ ÏÓ èññëåäîâàíà â âèðòóàëüíîé ëàáîðàòîðèè MatLab/Simulink äëÿ ñóäíà òèïà AHTS.  ñîñòàâ ÑÝÓ âõîäèëè: ÷åòûðå äèçåëü-ãåíåðàòîðà ìîùíîñòüþ 3000 êÂò, 3300 Â, 60 Ãö; äâà ãðåáíûõ ýëåêòðîäâè -ãàòåëÿ (ÃÝÄ) ïî 150 îá/ìèí ìîùíîñòüþ 4600 êÂò è 3100 Â; äâà ÏÓ òóí -íåëüíîãî òèïà ïî 600 êÂò, 1200 îá/ìèí; íàïðÿæåíèå íà øèíàõ ãëàâíûõ ðàñ -

Ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå âñåðåæèìíûõ ðåãóëÿòîðîâ îáîðîòîâ

ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 11

Ðèñ. 7. Ðàáî÷èå õàðàêòåðèñòèêè ÃÝÄ ïðè èñïîëüçîâàíèè âñåðåæèìíîãî ðåãóëÿòîðà: à —òîê ñòàòîðà, À; á — ÷àñòîòà âðàùåíèÿ, îá/ìèí; â — ìîìåíò íà âàëó, Íì; ã — íàïðÿæåíèåíà çâåíå ïîñòîÿííîãî òîêà Ï×, Â; 1 — ðåãóëèðîâàíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ; 2 — ïðÿìîåðåãóëèðîâàíèå ìîìåíòà; 3 — ðåæèì ïîñòîÿííîé ìîùíîñòè

ïðåäåëèòåëüíûõ ùèòîâ 3300 Â, 60 Ãö. Ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ ïðèâåäåíûíà ðèñ. 7, ãäå ïðåäñòàâëåíû ðàáî÷èå õàðàêòåðèñòèêè îäíîãî ÃÝÄ.

Âûâîäû

Òàêèì îáðàçîì, ïðè ïåðåõîäå ÐÎ èç îäíîãî ðåæèìà ðàáîòû â äðóãîéèçìåíåíèÿ âåëè÷èí ìîìåíòà âèíòà, îáîðîòîâ ÃÝÄ è òÿãè âèíòà â çàâè -ñèìîñòè îò ýêñïëóàòàöèîííûõ óñëîâèé ðàáîòû ñóäíà îñóùåñòâëÿþòñÿ áåçñêà÷êîâ, ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò îá ýôôåêòèâíîñòè ïðåäëîæåííîãî àëãî ðèò -ìà ðåãóëèðîâàíèÿ.

ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ

1. Þäèí Þ.È., Ãàðáàðîâñêèé À.Á., Õîëè÷åâ Ñ.Í. Ðàñ÷åò ðàäèàëüíîé äèàãðàììû ïðåäåëü -íûõ çíà÷åíèé ñêîðîñòè âåòðà äëÿ áóðîâîãî ñóäíà «Â. Øàøèí»// Âåñò. Ãîñ. óí-òàìîðñêîãî è ðå÷íîãî ôëîòà èìåíè àäìèðàëà Ñ.Î. Ìàêàðîâà. — ÑÏá. : ÃÓÌÐÔ èì. àäì.Ñ.Î. Ìàêàðîâà. — 2014. — Âûï. 1. — Ñ. 7—12.

2. Christiaan de Wit. Op ti mal Thrust Al lo ca tion Meth ods for Dy namic Po si tion ing of Ships// Athe sis sub mit ted to the Delft In sti tute of Ap plied Math e mat ics in Par tial Ful fill ment of the Re -quire ments. — Neth er lands: Delft Uni ver sity of Tech nol ogy, 2009. — 68 ð.

3. Renishaw Ap ply In no va tionTM: Fanbeam® in tel li gent DP la ser ref er ence sys tem [Ýëåê -òðîííûé ðåñóðñ]. — URL: http://www.renishaw.com/en/fanbeam—25675 (äàòà îáðàùå -íèÿ: 19.12.2014).

4. Home Kongsberg Meritime: Dy namic po si tion ing — DP sys tem Sin gle sys tem K-Pos DP-11/12[Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ]. — URL: http://www.km.kongsberg.com/ks/web/nokbg0240.nsf/AllWeb/A18DA50D246AC221C1256A46002D6505?OpenDocument (äàòà îáðàùåíèÿ:19.12.2014).

5. Woud H.K., Stapersma D. De sign of pro pul sion and elec tric power gen er a tion sys tems. —Lon don: IMarEST pub li ca tions. — 2003. — 494 ð.

6. Oosterveld M.W. C., van Oossanen P. Fur ther com puter-an a lyzed Data of the WageningenB-screw Se ries // Int. Ship build ing Prog ress. — 1975. — Vol. 22. — Ð. 251—262.

7. Ãîí÷àðåíêî Ä.À., Áóäàøêî Â.Â. Ìîäåëèðîâàíèå ñèñòåì óïðàâëåíèÿ ìîùíîñòüþ è êðó òÿ -ùèì ìîìåíòîì ïîäðóëè âàþùèõ óñòðîéñòâ ïðè ïîçèöèîíèðîâàíèè ñóäîâ // Èíòåë ëåê -òóàëü íûå ñèñòåìû ïðèíÿòèÿ ðåøåíèé è ïðîáëåìû âû÷èñëèòåëüíîãî èíòåëëåêòà(ISDMCI’2014). Ìàòåðèàëû ìåæäóíàð. íàó÷. êîíô. — Õåðñîí: ÕÍÒÓ, 2014. — Ñ. 59— 61.

V.V. Budashko, Y.À. Yushkov

MATHEMATIC MODELING OF ALL-RANGE CONTROLLERS SPEED OF THRUSTERS FOR SHIP POWER PLANTS IN COMBINED PROPULSION COMPLEXES

Based on a sys tem ap proach and per for mance anal y sis of ship power plant com bined pro -pul sion sys tem of dy nam i cally po si tion ing oil-pro duc ing ves sel, tak ing into ac count there stric tions on the power and torque on the shaft, as well as var i ous con trol strat e gies thrust ers the math e mat i cal model of all-range speed con trol ler has been de vel oped. Themath e mat i cal mod els and trans fer func tions are ob tained, and flowcharts of closed sys -tems reg u lat ing speed, torque and power steer ing de vice are de vel oped, de pend ing on the

Â.Â. Áóäàøêî, Å.À. Þøêîâ

12 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2015. V. 37. ¹ 2

dy namic char ac ter is tics of the ves sel un der the in flu ence of in sta bil ity of screws and en vi -ron men tal con di tions. Based on the de vel oped en vi ron ment MatLab/Simulink sim u la tionmodel of all-range speed con trol ler for a test case the sim u la tion re sults were ob tained,when au to matic con trol trans fer from one mode to an other is ob served, de pend ing on theop er at ing con di tions.

K e y w o r d s: mod el ing, power plant, pro pul sion com plex, con trol ler.

REFERENCES

1. Yudin, Yu.I., Garbarovsky, A.B. and Holichev, S.N. (2014), “Cal cu la tion of ra dial di a gramlimit val ues of wind speed for drill ing ves sel V Shashin”, Vestnik Gosudarstvennogo uni ver -siteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala C.O. Makarova, Iss. 1, pp. 7-12.

2. de Wit, Ch. (2009), Op ti mal Thrust Al lo ca tion Meth ods for Dy namic Po si tion ing of Ships,Abstract of the sis sub mit ted to the Delft In sti tute of Ap plied Math e mat ics, Delft Uni ver sity ofTech nol ogy, Neth er lands.

3. Renishaw Ap ply In no va tionTM: Fanbeam® in tel li gent DP la ser ref er ence sys tem, available at:http://www.renishaw.com/en/fanbeam—25675 (ac cessed De cem ber 19, 2014).

4. Home Kongsberg Meritime: Dy namic po si tion ing — DP sys tem Sin gle sys tem K-Pos DP-11/12,avail able at: http://www.km.kongsberg.com/ks/web/nokbg0240.nsf/AllWeb/ A18DA50D246AC221C1256A46002D6505?OpenDocument (ac cessed De cem ber 19, 2014).

5. Woud, H.K. and Stapersma, D. (2003), De sign of pro pul sion and elec tric power gen er a tion sys -tems, IMarEST pub li ca tions, Lon don, UK.

6. Oosterveld, M.W.C. and van Oossanen, P. (1975), “Fur ther com puter-an a lyzed data of theWage ningen B-screw ser ies”, Int. Ship build ing Prog ress, Vol. 22, pp. 251-262.

7. Goncharenko, D.A. and Budashko, V.V. (2014), “Sim u la tion of power man age ment sys temsand torque thrust ers for po si tion ing ves sels”, Intellektualnyie sistemy prinyatiya resheniy izadachi vychislitelnogo intellekta. [In tel lectual sys tems for de ci sion mak ing and prob lems ofcom pu ta tional in tel li gence (ISDMCI’2014)], Materialy mezhdunarodnoy konferentsii [In ter na -tional Con fer ence Publ.], Kherson, KhNTU, Ukraine, pp. 59-61.

Ïîñòóïèëà 21.11.14;ïîñëå äîðàáîòêè 22.12.14

ÁÓÄÀØÊÎ Âèòàëèé Âèòàëüåâè÷, êàíä. òåõí. íàóê, äîöåíò, äîêòîðàíò êàôåäðû òåõíè÷åñêîéýêñïëóàòàöèè ôëîòà Îäåññêîé íàöèîíàëüíîé ìîðñêîé àêàäåìèè.  1987 ã. îêîí÷èë Îäåññêîåâûñøåå èíæåíåðíîå ìîðñêîå ó÷èëèùå èì. Ëåíèíñêîãî êîìñîìîëà (Îäåññêàÿ íàöèîíàëüíàÿìîðñêàÿ àêàäåìèÿ). Îáëàñòü íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé — ïðîöåññû ïåðåäà÷è ìîùíîñòè â ñóäîâûõ ýíåðãåòè÷åñêèõ óñòàíîâêàõ êîìáèíèðîâàííûõ ïðîïóëüñèâíûõ êîìïëåêñîâ ñ åäèíûìè âûñîêî -âîëüòíûìè ýëåêòðîýíåðãåòè÷åñêèìè ñèñòåìàìè íà áîðòó.

ÞØÊΠÅâãåíèé Àëåêñàíäðîâè÷, ìàãèñòð ýëåêòðîìåõàíèêè, àñïèðàíò êàôåäðû ñóäîâîéýëåêòðîìåõàíèêè è ýëåêòðîòåõíèêè Îäåññêîé íàöèîíàëüíîé ìîðñêîé àêàäåìèè, êîòîðóþîêîí ÷èë â 2010 ã. Îáëàñòü íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé — ýêñïëóàòàöèîííûå ðåæèìû ýíåðãåòè -÷åñêèõ óñòàíîâîê äèíàìè÷åñêè ïîçèöèîíèðóþùèõ îôôøîðíûõ ñóäîâ.

Ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå âñåðåæèìíûõ ðåãóëÿòîðîâ îáîðîòîâ

ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 13