Математическое моделирование всережимных регуляторов оборотов подруливающих устройств судовых энергетических установок комбинированных пропульсивных комплексов
На основе системного подхода с учетом технических характеристик судовой энергетической установки комбинированного пропульсивного комплекса динамически позиционирующего нефтедобывающего судна и существующих ограничений по мощности и моменту на валу, а также различных стратегий управления подруливающи...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Электронное моделирование |
|---|---|
| Datum: | 2015 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
2015
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101106 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Математическое моделирование всережимных регуляторов оборотов подруливающих устройств судовых энергетических установок комбинированных пропульсивных комплексов / В.В. Будашко, Е.А. Юшков // Электронное моделирование. — 2015 — Т. 37, № 2. — С. 101-113. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101106 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Будашко, В.В. Юшков, Е.А. 2016-05-31T06:03:56Z 2016-05-31T06:03:56Z 2015 Математическое моделирование всережимных регуляторов оборотов подруливающих устройств судовых энергетических установок комбинированных пропульсивных комплексов / В.В. Будашко, Е.А. Юшков // Электронное моделирование. — 2015 — Т. 37, № 2. — С. 101-113. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0204-3572 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101106 629.56: 629.5.064 На основе системного подхода с учетом технических характеристик судовой энергетической установки комбинированного пропульсивного комплекса динамически позиционирующего нефтедобывающего судна и существующих ограничений по мощности и моменту на валу, а также различных стратегий управления подруливающими устройствами разработана математическая модель всережимного регулятора оборотов. Получены математические модели, передаточные функции и созданы блок-схемы замкнутых систем регулирования частоты вращения, момента и мощности подруливающего устройства, зависящих от динамических характеристик судна, находящегося в условиях нестабильности работы винта и воздействия окружающей среды. На основании разработанной в среде MatLab/ Simulink имитационной модели всережимного регулятора оборотов для тестового примера получены результаты моделирования автоматического перехода регулятора из одного режима работы в другой в зависимости от эксплуатационных условий. На основі системного підходу з урахуванням технічних характеристик суднової енергетичної установки комбінованого пропульсивного комплексу нафтовидобувного судна, що динамічно позиціонує, та існуючих обмежень по потужності і моменту на валу, а також різних стратегій управління підрулюючими пристроями розроблено математичну модель всережимного регулятора обертів. Отримано математичні моделі, передавальні функції і блок-схеми замкнених систем регулювання частоти обертання, моменту і потужності підрулюючого пристрою, що залежать від динамічних характеристик судна, яке перебуває в умовах нестабільності роботи гвинта і під дією довкілля. На основі розробленої в середовищі MatLab/Simulink імітаційної моделі всережимного регулятора обертів для тестового прикладу отримано результати моделювання автоматичного переходу регулятора з одного режиму роботи в іншій залежно від експлуатаційних умов. Based on a system approach and performance analysis of ship power plant combined propulsion system of dynamically positioning oil-producing vessel, taking into account the restrictions on the power and torque on the shaft, as well as various control strategies thrusters the mathematical model of all-range speed controller has been developed. The mathematical models and transfer functions are obtained, and flowcharts of closed systems regulating speed, torque and power steering device are developed, depending on the dynamic characteristics of the vessel under the influence of instability of screws and environmental conditions. Based on the developed environment MatLab/Simulink simulation model of all-range speed controller for a test case the simulation results were obtained, when automatic control transfer from one mode to another is observed, depending on the operating conditions. ru Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України Электронное моделирование Применение методов и средств моделирования Математическое моделирование всережимных регуляторов оборотов подруливающих устройств судовых энергетических установок комбинированных пропульсивных комплексов Mathematic modeling of all-range controllers speed of thrusters for ship power plants in combined propulsion complexes Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Математическое моделирование всережимных регуляторов оборотов подруливающих устройств судовых энергетических установок комбинированных пропульсивных комплексов |
| spellingShingle |
Математическое моделирование всережимных регуляторов оборотов подруливающих устройств судовых энергетических установок комбинированных пропульсивных комплексов Будашко, В.В. Юшков, Е.А. Применение методов и средств моделирования |
| title_short |
Математическое моделирование всережимных регуляторов оборотов подруливающих устройств судовых энергетических установок комбинированных пропульсивных комплексов |
| title_full |
Математическое моделирование всережимных регуляторов оборотов подруливающих устройств судовых энергетических установок комбинированных пропульсивных комплексов |
| title_fullStr |
Математическое моделирование всережимных регуляторов оборотов подруливающих устройств судовых энергетических установок комбинированных пропульсивных комплексов |
| title_full_unstemmed |
Математическое моделирование всережимных регуляторов оборотов подруливающих устройств судовых энергетических установок комбинированных пропульсивных комплексов |
| title_sort |
математическое моделирование всережимных регуляторов оборотов подруливающих устройств судовых энергетических установок комбинированных пропульсивных комплексов |
| author |
Будашко, В.В. Юшков, Е.А. |
| author_facet |
Будашко, В.В. Юшков, Е.А. |
| topic |
Применение методов и средств моделирования |
| topic_facet |
Применение методов и средств моделирования |
| publishDate |
2015 |
| language |
Russian |
| container_title |
Электронное моделирование |
| publisher |
Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Mathematic modeling of all-range controllers speed of thrusters for ship power plants in combined propulsion complexes |
| description |
На основе системного подхода с учетом технических характеристик судовой энергетической установки комбинированного пропульсивного комплекса динамически позиционирующего нефтедобывающего судна и существующих ограничений по мощности и моменту на валу, а также различных стратегий управления подруливающими устройствами разработана математическая модель всережимного регулятора оборотов. Получены математические модели, передаточные функции и созданы блок-схемы замкнутых систем регулирования частоты вращения, момента и мощности подруливающего устройства, зависящих от динамических характеристик судна, находящегося в условиях нестабильности работы винта и воздействия окружающей среды. На основании разработанной в среде MatLab/ Simulink имитационной модели всережимного регулятора оборотов для тестового примера получены результаты моделирования автоматического перехода регулятора из одного режима работы в другой в зависимости от эксплуатационных условий.
На основі системного підходу з урахуванням технічних характеристик суднової енергетичної установки комбінованого пропульсивного комплексу нафтовидобувного судна, що динамічно позиціонує, та існуючих обмежень по потужності і моменту на валу, а також різних стратегій управління підрулюючими пристроями розроблено математичну модель всережимного регулятора обертів. Отримано математичні моделі, передавальні функції і блок-схеми замкнених систем регулювання частоти обертання, моменту і потужності підрулюючого пристрою, що залежать від динамічних характеристик судна, яке перебуває в умовах нестабільності роботи гвинта і під дією довкілля. На основі розробленої в середовищі MatLab/Simulink імітаційної моделі всережимного регулятора обертів для тестового прикладу отримано результати моделювання автоматичного переходу регулятора з одного режиму роботи в іншій залежно від експлуатаційних умов.
Based on a system approach and performance analysis of ship power plant combined propulsion system of dynamically positioning oil-producing vessel, taking into account the restrictions on the power and torque on the shaft, as well as various control strategies thrusters the mathematical model of all-range speed controller has been developed. The mathematical models and transfer functions are obtained, and flowcharts of closed systems regulating speed, torque and power steering device are developed, depending on the dynamic characteristics of the vessel under the influence of instability of screws and environmental conditions. Based on the developed environment MatLab/Simulink simulation model of all-range speed controller for a test case the simulation results were obtained, when automatic control transfer from one mode to another is observed, depending on the operating conditions.
|
| issn |
0204-3572 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101106 |
| citation_txt |
Математическое моделирование всережимных регуляторов оборотов подруливающих устройств судовых энергетических установок комбинированных пропульсивных комплексов / В.В. Будашко, Е.А. Юшков // Электронное моделирование. — 2015 — Т. 37, № 2. — С. 101-113. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT budaškovv matematičeskoemodelirovanievserežimnyhregulâtorovoborotovpodrulivaûŝihustroistvsudovyhénergetičeskihustanovokkombinirovannyhpropulʹsivnyhkompleksov AT ûškovea matematičeskoemodelirovanievserežimnyhregulâtorovoborotovpodrulivaûŝihustroistvsudovyhénergetičeskihustanovokkombinirovannyhpropulʹsivnyhkompleksov AT budaškovv mathematicmodelingofallrangecontrollersspeedofthrustersforshippowerplantsincombinedpropulsioncomplexes AT ûškovea mathematicmodelingofallrangecontrollersspeedofthrustersforshippowerplantsincombinedpropulsioncomplexes |
| first_indexed |
2025-11-24T21:20:32Z |
| last_indexed |
2025-11-24T21:20:32Z |
| _version_ |
1850497882054983680 |
| fulltext |
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: bvv@te.net.ua, eugine_86@mail.ru )
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 2 101
� Â.Â. Áóäàøêî, Å.À. Þøêîâ, 2015
Áóðîâûå ñóäà, èìåþùèå áîëåå âûñîêóþ ìàíåâðåííîñòü, ñêîðîñòü ïåðå-
ìåùåíèÿ è áîëüøóþ àâòîíîìíîñòü ïî ñðàâíåíèþ ñ ïîëóïîãðóæíûìè áóðî-
âûìè óñòàíîâêàìè (ÏÏÁÓ), èñïîëüçóþòñÿ ïðè áóðåíèè ïîèñêîâûõ è ðàçâå-
äî÷íûõ ñêâàæèí â îòäàëåííûõ ðàéîíàõ íà ãëóáèíàõ àêâàòîðèé äî 3000 ì. Â
îòëè÷èå îò ÏÏÁÓ äëÿ áóðîâûõ ñóäîâ óñòàíîâëåíû áîëüøèå îãðàíè÷åíèÿ â
ðàáîòå â çàâèñèìîñòè îò âîëíåíèÿ ìîðÿ. Òàê, âåðòèêàëüíàÿ êà÷êà áóðîâûõ
ñóäîâ ïðè áóðåíèè äîïóñêàåòñÿ äî 3,6 ì, à ÏÏÁÓ — äî 5 ì. Ê íåäîñòàòêàì
ïîñëåäíèõ ìîæíî îòíåñòè ìàëóþ ñêîðîñòü ïåðåäâèæåíèÿ.
 çàâèñèìîñòè îò òèïà áóðîâîãî ñðåäñòâà èñïîëüçóåòñÿ îäèí èç òðåõ
èçâåñòíûõ ñïîñîáîâ óäåðæàíèÿ åãî íàä òî÷êîé áóðåíèÿ è ïðèìåíÿåòñÿ
ñîîòâåòñòâóþùàÿ ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ ðàñïðåäåëåíèåì ìîùíîñòè (PMS,
Power Management System). Ñóäîâàÿ ýíåðãåòè÷åñêàÿ óñòàíîâêà (ÑÝÓ) òà-
êèõ êîìáèíèðîâàííûõ ïðîïóëüñèâíûõ êîìïëåêñîâ (ÊÏÊ) îáû÷íî ñîñòîèò
èç 6—10 ìîùíûõ äâèãàòåëåé ïîäðóëèâàþùèõ óñòðîéñòâ (ÏÓ) ðàçëè÷íûõ
êîíñòðóêöèé â çàâèñèìîñòè îò ðàñïîëîæåíèÿ íà ñóäíå äëÿ ïîçèöèîíè-
ðîâàíèÿ, êîòîðûå ïèòàþòñÿ îò ÷åòûðåõ—øåñòè âûñîêîâîëüòíûõ ñèíõ-
ðîííûõ ãåíåðàòîðîâ (ÑÃ). Ãåíåðàòîðû ïîäêëþ÷àþòñÿ ê øèíàì íå ìåíåå
äâóõ ãëàâíûõ ðàñïðåäåëèòåëüíûõ ùèòîâ, ñîåäèíåííûõ ìåæäó ñîáîé ñ
ïîìîùüþ èíòåãðàëüíîãî âûêëþ÷àòåëÿ. Ôóíêöèè PMS ðåàëèçîâàíû â òðåõ
íåçàâèñèìûõ ñèñòåìàõ óïðàâëåíèÿ, à èìåííî: ñèñòåìå äèíàìè÷åñêîãî ïî-
çèöèîíèðîâàíèÿ (DP, Dynamic Positioning), ñâåðëåíèÿ (DC, Direct Current)
è ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ äàííûìè (DMS, Data Management Systems). Ôóíê-
öèè óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì êàæäîé ñèñòåìû îñóùåñòâëÿþòñÿ ñàìîñòîÿ-
òåëüíî, ÷åðåç ñïåöèàëüíûå âõîäû äëÿ äàò÷èêîâ îò îñíîâíûõ ýëåêòðè÷åñ-
êèõ ñåòåé. Ñèñòåìû ðàññ÷èòûâàþò îáùóþ ìîùíîñòü ñ ó÷åòîì îáùåé
íàãðóçêè, êîòîðàÿ àâòîìàòè÷åñêè óìåíüøàåòñÿ â ñëó÷àå ïðåâûøåíèÿ çàðà-
íåå óñòàíîâëåííûõ ïðåäåëîâ.
Ïðè èññëåäîâàíèè ïðèíöèïîâ ñèíòåçà è ôóíêöèîíèðîâàíèÿ DP ñóäîâ,
îñíàùåííûõ ñëîæíûì ÊÏÊ, ðàññìàòðèâàþòñÿ òèïè÷íûå ïðîïîðöèîíàëü-
íî-èíòåãðàëüíî-äèôôåðåíöèàëüíûå (ÏÈÄ) ðåãóëÿòîðû â ðàçëè÷íûõ êîí-
òóðàõ ñèñòåì óïðàâëåíèÿ, íåñìîòðÿ íà ñóùåñòâåííûå èõ íåäîñòàòêè
(ñëîæíîñòü ïàðàìåòðèçàöèè, ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê øóìàì, íåîáîñíîâàííûå
ðàñõîäû ýíåðãèè è äð.) [1, 2]. Â íåêîòîðûõ ÑÝÓ ÊÏÊ ñ DP ïðè îñòàíîâêå
ãëàâíîãî è âñïîìîãàòåëüíîãî äâèãàòåëåé, à òàêæå îäíîãî èç ÏÓ, ñóäíî âñå-
òàêè óäåðæèâàåò ïîçèöèþ äàæå â ñëîæíûõ ïîãîäíûõ óñëîâèÿõ. Èíîãäà ðà-
áîòà ñ DP2 ïðè íàëè÷èè ãëîáàëüíîé ñïóòíèêîâîé íàâèãàöèîííîé ñèñòåìû ñ
âûâåäåííûì óñòðîéñòâîì FanBeam [3] è ðàáîòàþùèì àâòîïèëîòîì ñâîäèòñÿ,
ïî ñóòè, ê ðàáîòå ñ DP1, à ñàìûå ñîâðåìåííûå áåòà-âåðñèè K-POS [4] íå
ðåøàþò ïðîáëåìû ïëîõîé óïðàâëÿåìîñòè ñóäíà. Ïîíÿòíî, ÷òî ïîâûøåíèåì
áûñòðîäåéñòâèÿ ñèñòåìû DP íåâîçìîæíî äîáèòüñÿ ýíåðãåòè÷åñêîé ýôôåê-
òèâíîñòè ÑÝÓ ÊÏÊ è òî÷íîñòè ïîçèöèîíèðîâàíèÿ ñóäíà.
Â.Â. Áóäàøêî, Å.À. Þøêîâ
102 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-
òîðîâ 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 îáîðóäîâàíî
ÏÓ ñî âñåðåæèìíûìè ÐÎ, ñïîñîáíûìè ñîãëàñíî òåõíîëîãè÷åñêîìó ïðî-
öåññó 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 îò
ÐÎ òåïëîâîãî ãðåáíîãî äâèãàòåëÿ, âûáîðîì ðåãóëèðóåìîãî ïàðàìåòðà.
Ðàáîòà ãðåáíûõ âèíòîâ ÑÝÓ ÊÏÊ â ðåæèìå DP ñîïðîâîæäàåòñÿ áîëü-
øèìè ïîòåðÿìè ìîùíîñòè, ìîìåíòà è, ñëåäîâàòåëüíî, óïîðà, âûçâàííûõ
îñåâûì 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 íàïðàâëåíèè
ïðèòîêà ÷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 ñóäíà
ïåðïåíäèêóëÿðíî ïîâåðõíîñòè âîäû, ïðèâîäÿùèå ê âíåçàïíîìó ïàäåíèþ
òÿãè è êðóòÿùåãî ìîìåíòà ñ ýôôåêòîì ãèñòåðåçèñà;
îäíîâðåìåííîå ñíèæåíèå òÿãè è èçìåíåíèå åå íàïðàâëåíèÿ, êîòîðîå
ìîæåò ïðîèçîéòè âñëåäñòâèå âçàèìîäåéñòâèÿ ïîòîêà îò ÏÓ ñ êîðïóñîì,
âûçâàííîãî äàâëåíèåì, êîãäà òÿãà ÏÓ íàïðàâëåíà âäîëü êîðïóñà (òàê
íàçûâàåìûé ýôôåêò Êîàíäà);
ïîòåðÿ óïîðà ÏÓ, âûçâàííàÿ âëèÿíèåì ãðåáíîãî ïîòîêà îò îäíîãî
äâèãàòåëÿ 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 ìèíèìè-
çèðîâàòü âëèÿíèå ïåðå÷èñëåííûõ ýôôåêòîâ â ðåçóëüòàòå àâòîìàòè÷åñêîãî
ïåðåâîäà ðåãóëÿòîðà èç îäíîãî ðåæèìà ðàáîòû â äðóãîé â çàâèñèìîñòè îò
ýêñïëóàòàöèîííûõ óñëîâèé, ÷åãî íåâîçìîæíî äîáèòüñÿ, íàïðèìåð, ïðè
ðåãóëèðîâàíèè òîëüêî îáîðîòîâ èëè òîëüêî ìîìåíòà.
Ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå âñåðåæèìíîãî ÐÎ ÏÓ ÑÝÓ ÊÏÊ ñ
DP, îáåñïå÷èâàþùèõ ñòàáèëüíîñòü òÿãè, âðàùàþùåãî ìîìåíòà íà âàëó âî
âñåì äèàïàçîíå ðåãóëèðîâàíèÿ è, ñîáñòâåííî, ïîâûøåíèå ýôôåêòèâíîñòè
ïåðåäà÷è ìîùíîñòè ê ãðåáíûì âèíòàì ñ îäíîâðåìåííûì óäåðæàíèåì
ñóäíîì ïîçèöèè, áóäåì ïðîâîäèòü èñõîäÿ èç ñëåäóþùèõ äîïóùåíèé.
Ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå âñåðåæèìíûõ ðåãóëÿòîðîâ îáîðîòîâ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2015. Ò. 37. ¹ 2 103
Êàæäûé òèï ÏÓ èìååò ñâîè êîíñòðóêòèâíûå îñîáåííîñòè. Çíà÷åíèÿ
íåêîòîðûõ âàæíûõ ïàðàìåòðîâ ìîãóò áûòü ðàçëè÷íûìè äëÿ ðàçëè÷íûõ
âèäîâ ÏÓ, íî îáúåäèíÿþùèì ôàêòîðîì äëÿ íèõ ÿâëÿåòñÿ îêðóæàþùàÿ
ñðåäà. Íà ðèñ. 1 ñõåìàòè÷åñêè ïðåäñòàâëåí ïëàí çîíû óïîðîâ è ñèë, äåéñò-
âóþùèõ íà áóðîâîå ñóäíî ñ ÏÓ àçèìóòàëüíîãî òèïà. Ñîñòîÿíèå êàæäîãî
äâèãàòåëÿ çàäàíî âåêòîðîì òÿãè u u ux y� ( , ). Âñå äâèãàòåëè ñìîäåëèðîâàíû
â ïðÿìîóãîëüíîé ñèñòåìå êîîðäèíàò, íî ìîæíî èñïîëüçîâàòü è ïîëÿðíûå
êîîðäèíàòû äëÿ çàôèêñèðîâàííûõ äâèãàòåëåé ÏÓ, êîòîðûå íå âðàùàþòñÿ
àçèìóòàëüíî, 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 äëÿ
êàæäîãî 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
104 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 è
óðàâíåíèé äèíàìèêè îòíîñèòåëüíî ÷àñòîòû âðàùåíèÿ âàëà è äèàìåòðà
âèíòà [5]:
T D K n np T�� 4 | | (Í),
Q D K n np Q�� 5 | | (Íì), (1)
P n Qp p�
2�
��
(Âò),
ãäå n — ÷àñòîòà âðàùåíèÿ âèíòà, ðàä/ñ; � — ïëîòíîñòü âîäû, êã/ì3; D —
äèàìåòð âèíòà, ì; KT — êîýôôèöèåíò óïîðà âèíòà; KQ — êîýôôèöèåíò
ìîìåíòà. Îòíîñèòåëüíûé øàã âèíòà � �V nDa / ( ), ãäå Va — ñêîðîñòü ïðè-
òîêà âîäû íà ãðåáíîé âèíò. Ýôôåêòèâíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ âèíòà íà îò-
êðûòîé âîäå îïðåäåëÿåòñÿ êàê îòíîøåíèå âûïîëíåííîé âèíòîì ðàáîòû
äëÿ ïîëó÷åíèÿ ñèëû òÿãè ê ðàáîòå, íåîáõîäèìîé äëÿ ïðåîäîëåíèÿ êðó-
òÿùåãî ìîìåíòà íà âàëó:
�
�
�
0
2 2
� �
V F
nT
K
K
a
p
T
Q
.
Çíà÷åíèÿ KT, KQ è 0 äëÿ êîíêðåòíîãî êîíñòðóêòèâíîãî øàãà P/D ãðåáíîãî
âèíòà ÏÓ ìîæíî îïðåäåëèòü, íàïðèìåð, ñ ïîìîùüþ [6, òàáë. 5], èñõîäÿ èç
òîãî, ÷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 2 105
Ðèñ. 2. Ãðàôèêè çàâèñèìîñòè ïàðàìåòðîâ ãðåáíîãî âèíòà ÏÓ îò îòíîñèòåëüíîãî øàãà
âèíòà �: —— KÒ ïðè P/D = 0,7; ����������
�KQ ïðè P/D = 0,89; 0 ïðè P/D = 1,1
Îòíîñèòåëüíàÿ çàâèñèìîñòü ñêî-
ðîñòè äâèæåíèÿ âèíòà îò àáñî-
ëþòíîé ñêîðîñòè äâèæåíèÿ ñóäíà
õàðàêòåðèçóåòñÿ êîýôôèöèåíòîì ïî-
ïóòíîãî ïîòîêà w:V w va s� �( )1 , ãäå
êàê ïðàâèëî, 0 < w < 0,4. Â ðåçóëü-
òàòå âñàñûâàíèÿ ñíèæàåòñÿ äàâëå-
íèå çà âèíòîì, ÷òî ïðèâîäèò ê óâå-
ëè÷åíèþ ñîïðîòèâëåíèÿ. Ïðè ýòîì
îòíîñèòåëüíàÿ çàâèñèìîñòü îáùåãî óïîðà âñåõ âèíòîâ îò ñîïðîòèâëåíèÿ
äâèæåíèþ ñóäíà õàðàêòåðèçóåòñÿ êîýôôèöèåíòîì ãîðèçîíòàëüíîãî 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 ðàñïîëîæåíèÿ âèíòà, ÷òî
ïðèâîäèò ê ñíèæåíèþ äàâëåíèÿ.  íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ t ìîæåò èìåòü îòðè-
öàòåëüíîå çíà÷åíèå. Ñ ïîìîùüþ êîýôôèöèåíòà w ó÷èòûâàåòñÿ èçìåíåíèå
ïîïóòíîãî ïîòîêà ïî ñðàâíåíèþ ñ îòêðûòîé âîäîé, à ñ ïîìîùüþ êîýôôèöèåí-
òà KQ — åãî çàâèñèìîñòü îò èçìåíåíèÿ ïðèòîêà â êîðìîâîé ÷àñòè.
Îáùèé ïðîïóëüñèâíûé ÊÏÄ êîìïëåêñà ñóäíî—äâèãàòåëü—ãðåáíîé
âèíò âû÷èñëÿåì ïî ôîðìóëå
�
p
u s
p
h r m
R v
nT
� �
2
0 .
Çäåñü h t w� � �( ) /1 1 ; m — ÊÏÄ âàëîïðîâîäà è ðåâåðñ-ðåäóêòîðíîé ïåðå-
äà÷è, m = 0,9 � 0,95;
� ��
r B
T QB
Q QB
K K
K K� � �/
( / ( / )
/0
0
2
,
ãäå B — 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 êîðïóñà
ñóäíà è èçìåíåíèÿ àëãîðèòìà óïðàâëåíèÿ â çàâèñèìîñòè îò ýêñïëóàòà-
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� � �( , , ) ( ) ( , , )� �1 ,
Q h n x Q f n xd Q p Q� �( , , ) ( , , )� � ,
(2)
ãäå õ — äèíàìè÷åñêèå ïàðàìåòðû ñóäíà, äâèæóùåãîñÿ ïîä âëèÿíèåì
ïîãðóæåíèÿ âèíòà è óñëîâèé îêðóæàþùåé ñðåäû; � — çàâèñèìûå ïàðàìåò-
ðû âèíòà (ðèñ. 3).
Â.Â. Áóäàøêî, Å.À. Þøêîâ
106 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 2 107
Ðèñ. 4. Áëîê-ñõåìû çàìêíóòîé ñèñòåìû ðåãóëèðîâàíèÿ ìîìåíòà ÀÄ ÏÓ (à), ðåãóëÿòîðà
ñêîðîñòè (á) è ðåãóëÿòîðà ìîìåíòà âèíòà (â): �ç è �ð — çíà÷åíèÿ çàäàííîãî è ðàñ÷åòíîãî
ïîòîêîâ, Isa, Isb — èçìåðåííûå çíà÷åíèÿ òîêîâ ñòàòîðà
Ìîùíîñòü äâèãàòåëÿ ÏÓ îïðåäåëÿåì ïî ôîðìóëàì
P T nTd d d� �� �2 , P T nTp p p� �� �2 . (3)
Íà îñíîâàíèè (1) è (3) ïîëó÷àåì âûðàæåíèÿ äëÿ ðàñ÷åòà óïîðà âèíòà â
çàâèñèìîñòè îò ìîùíîñòè íà åãî âàëó:
T n
D K h t
K h
P
K
K D
Qd
T T
Q Q
d
T
Q
d
�
�
�sgn ( )
( )
( )
/ /
/
/�
�
1 3 2 3
2 3
2 31
2
.
Óïðàâëåíèå ìîìåíòîì ÿâëÿåòñÿ íåîòúåìëåìîé ÷àñòüþ êîíñòðóêöèè
áîëüøèíñòâà ïðèêëàäíûõ ñõåì óïðàâëåíèÿ ðåãóëèðîâàíèåì ñêîðîñòè ñèñ-
òåì ýëåêòðîïðèâîäîâ. Äëÿ ðåãóëèðîâàíèÿ âðàùàþùåãî ìîìåíòà àñèíõðîí-
íîãî äâèãàòåëÿ (ÀÄ) èçìåðÿþòñÿ òîêè äâèãàòåëÿ è ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïðî-
ïóñêíàÿ ñïîñîáíîñòü ñ âûñîêîé òî÷íîñòüþ (ðèñ. 4, à). Òåîðåòè÷åñêè âðåìÿ
íàðàñòàíèÿ êðóòÿùåãî ìîìåíòà â ïðåîáðàçîâàòåëå ÷àñòîòû (Ï×) ñ øèðîòíî-
èìïóëüñíîé ìîäóëÿöèåé (ØÈÌ) îãðàíè÷èâàåòñÿ èíäóêòèâíîñòüþ äâèãà-
òåëÿ (â çàâèñèìûõ èíâåðòîðàõ òîêà ((LCI, Load Commutated Inverters) ñî
çâåíîì ïîñòîÿííîãî òîêà) [7]. Îäíàêî íà ïðàêòèêå êîíòðîëëåð îãðàíè-
÷èâàåò ñêîðîñòü èçìåíåíèÿ êðóòÿùåãî ìîìåíòà äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ ïîâ-
ðåæäåíèÿ ìåõàíè÷åñêîé ÷àñòè ýëåêòðîïðèâîäà. Òàêèì îáðàçîì, ïåðåäà-
òî÷íóþ ôóíêöèþ êîíòðîëëåðà ìîìåíòà ìîæíî îïèñàòü çàâèñèìîñòüþ
Q s
t s
Q sp d( )
( )
( )�
�
1
1 Ï
,
ãäå tÏ× = 20 � 200 ìñ.  ñëó÷àå ïðèìåíåíèÿ âèíòîâ ôèêñèðîâàííîãî øàãà
ðåãóëÿòîð ñêîðîñòè èñïîëüçóåòñÿ äëÿ îáåñïå÷åíèÿ óïîðà âèíòà (ðèñ. 4, á).
Ñêîðîñòü âèíòà nref (êîìàíäà) çàäàåì èñõîäÿ èç ñòàíäàðòíîé ôóíêöèè
n g T T
T
D K
n
T
ref ref ref
ref� �0 4
0
( ) sgn ( )
�
, (4)
êîòîðàÿ ÿâëÿåòñÿ îáðàòíîé îòíîñèòåëüíî íîìèíàëüíîé âåíòèëÿòîðíîé
õàðàêòåðèñòèêè, óêàçàííîé â (1), îáû÷íî äëÿ KT0 = KT (J = 0).
Íîìèíàëüíàÿ ìîùíîñòü PN ñîîòâåòñòâóåò íîìèíàëüíîìó êðóòÿùåìó
ìîìåíòó 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 êðóòÿùèé
ìîìåíò ñîñòàâëÿåò Q Q Nmax �� , ãäå � = 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
108 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2015. V. 37. ¹ 2
×
ìîìåíòà ñ óñòàâêîé Qp (ðèñ. 4, â), ðàññ÷èòûâàåìîé êàê ïðîèçâîäíàÿ îò
ñòàíäàðòíîé ôóíêöèè:
Q g TTref ref� 0( ) . (5)
Îòñþäà ïîñëå ïîäñòàíîâêè ïîëó÷èì
Q D K n nQref ref ref�� 5
0 , (6)
ãäå K KQ Q0 � (� = 0). Ñîãëàñíî (5) è (6) îòíîøåíèå ìåæäó îñåâûì óïîðîì è
ìîìåíòîì èìååò âèä
Q
DK
K
T g T
Q
T
Tref ref ref� �0
0
0( ).
Îãðàíè÷åííûå ïî ìàêñèìóìó çíà÷åíèÿ Qmax, Pmax (ðèñ. 5), ò.å. ñêîð-
ðåêòèðîâàííûå çíà÷åíèÿ âðàùàþùåãî ìîìåíòà Qg è �Qg , îïðåäåëÿþòñÿ íà
îñíîâàíèè ôóíêöèè ðàñ÷åòà ìîìåíòà âèíòà (ñì. ðèñ. 4, â) è õàðàêòåðèñòèê
îïîðíîãî ãåíåðàòîðà è ãåíåðàòîðà ôîðñèðîâàíèÿ ïðè çàäàííîì Tref. Çà-
âèñèìîñòü âðàùàþùåãî ìîìåíòà îò îáîðîòîâ âèíòà íàêëàäûâàåò îãðàíè-
÷åíèÿ íà ìàêñèìàëüíóþ ìîùíîñòü, ÷òî ó÷èòûâàåòñÿ ïðè îïðåäåëåíèè ïåðå-
ãðóçî÷íîé ñïîñîáíîñòè ýëåêòðîäâèãàòåëÿ è Ï×. Ïðè ýòîì çîíà îãðàíè÷åíèÿ
ìîùíîñòè îáóñëîâëåíà äîïóñòèìîé ìîùíîñòüþ ÑÃ è ìîæåò èçìåíÿòüñÿ â
çàâèñèìîñòè îò åãî çàãðóçêè. Òàêèì îáðàçîì, îãðàíè÷åíèå ìîùíîñòè
ýëåêòðîïðèâîäà ÏÓ ïîçâîëÿåò èçáåæàòü îáåñòî÷èâàíèÿ 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 2 109
Ðèñ. 5. Îïðåäåëåíèå îãðàíè÷åíèÿ ìàêñèìàëüíîãî ìîìåíòà
Èñïîëüçóÿ (4) è (6), íàõîäèì ñîîòíîøåíèå ìåæäó çàäàííûì îñåâûì óïî-
ðîì è ìîùíîñòüþ:
P g T T
K
D K
Tp
Q
T
ref ref ref refsgn� �( ) ( )
/
2 0
0
3 2
�
�
. (7)
Òàêèì îáðàçîì, íà îñíîâàíèè ôóíêöèè ðàñ÷åòà ìîùíîñòè ïðè çàäàííîì
Pref 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 íåîáõîäèìî
îïðåäåëèòü íàèáîëåå çíà÷èìûå ñâîéñòâà óïðàâëåíèÿ ñêîðîñòüþ, êîíòðîëÿ
âðàùàþùåãî 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 ìåæäó
ôàêòè÷åñêîé òÿãîé âèíòà è çàäàííîé â âèäå
T h n x t
K
K
T s x Td T
T
T
n� � �( , , )( ) ( , )� �1
0
ref ref .
Ñîãëàñíî ñõåìå óïðàâëåíèÿ âðàùàþùèì ìîìåíòîì, ïðåäñòàâëåííîé íà
ðèñ. 4, â, ïðåäïîëîæèì, ÷òî âðàùàþùèé ìîìåíò äâèãàòåëÿ è ãðåáíîãî
Â.Â. Áóäàøêî, Å.À. Þøêîâ
110 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 ñ
ó÷åòîì (1), (2, (4) è (6) ïîëó÷àåì
T
h n x t
h n x
K
K
K
K
T s n xd
T
Q
Q
Q
T
T
Q�
�
�
( , , ) ( )
( , , )
( , , )
�
�
�
1 0
0
ref Tref .
Äëÿ ñõåìû óïðàâëåíèÿ ìîùíîñòüþ, ïðåäñòàâëåííîé íà ðèñ. 6, êàê ïðà-
âèëî, ìîùíîñòü ðàâíà Pref â óñòàíîâèâøåìñÿ ðåæèìå. Ïîýòîìó àíàëîãè÷-
íî, èñïîëüçóÿ (1)—(4), (6) è (7), ïîëó÷àåì
T
h n x t
h n x
K
K
K
K
d
T
Q
Q
Q
T
T
�
� �
�
�
�
�
�
�
�
( , , ) ( )
( , , )/
/
�
�
1
2 3
0
0
2 3
T s n x TPref ref� ( , , )� . (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 2 111
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 — íàïðÿæåíèå
íà çâåíå ïîñòîÿííîãî òîêà Ï×, Â; 1 — ðåãóëèðîâàíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ; 2 — ïðÿìîå
ðåãóëèðîâàíèå ìîìåíòà; 3 — ðåæèì ïîñòîÿííîé ìîùíîñòè
ïðåäåëèòåëüíûõ ùèòîâ 3300 Â, 60 Ãö. Ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ ïðèâåäåíû
íà ðèñ. 7, ãäå ïðåäñòàâëåíû ðàáî÷èå õàðàêòåðèñòèêè îäíîãî ÃÝÄ.
Âûâîäû
Òàêèì îáðàçîì, ïðè ïåðåõîäå ÐÎ èç îäíîãî ðåæèìà ðàáîòû â äðóãîé
èçìåíåíèÿ âåëè÷èí ìîìåíòà âèíòà, îáîðîòîâ ÃÝÄ è òÿãè âèíòà â çàâè-
ñèìîñòè îò ýêñïëóàòàöèîííûõ óñëîâèé ðàáîòû ñóäíà îñóùåñòâëÿþòñÿ áåç
ñêà÷êîâ, ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò îá ýôôåêòèâíîñòè ïðåäëîæåííîãî àëãîðèò-
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-òà
ìîðñêîãî 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. Optimal Thrust Allocation Methods for Dynamic Positioning of Ships// A
thesis submitted to the Delft Institute of Applied Mathematics in Partial Fulfillment of the Re-
quirements. — Netherlands: Delft University of Technology, 2009. — 68 ð.
3. Renishaw Apply InnovationTM: Fanbeam® intelligent DP laser reference system [Ýëåê-
òðîííûé ðåñóðñ]. — URL: http://www.renishaw.com/en/fanbeam—25675 (äàòà îáðàùå-
íèÿ: 19.12.2014).
4. Home Kongsberg Meritime: Dynamic positioning — DP system Single system 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. Design of propulsion and electric power generation systems. —
London: IMarEST publications. — 2003. — 494 ð.
6. Oosterveld M.W. C., van Oossanen P. Further computer-analyzed Data of the Wageningen
B-screw Series // Int. Shipbuilding Progress. — 1975. — Vol. 22. — Ð. 251—262.
7. Ãîí÷àðåíêî Ä.À., Áóäàøêî Â.Â. Ìîäåëèðîâàíèå ñèñòåì óïðàâëåíèÿ ìîùíîñòüþ è êðóòÿ-
ùèì ìîìåíòîì ïîäðóëèâàþùèõ óñòðîéñòâ ïðè ïîçèöèîíèðîâàíèè ñóäîâ // Èíòåëëåê-
òóàëüíûå 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 system approach and performance analysis of ship power plant combined pro-
pulsion system of dynamically positioning oil-producing vessel, taking into account the
restrictions on the power and torque on the shaft, as well as various control strategies
thrusters the mathematical model of all-range speed controller has been developed. The
mathematical models and transfer functions are obtained, and flowcharts of closed sys-
tems regulating speed, torque and power steering device are developed, depending on the
Â.Â. Áóäàøêî, Å.À. Þøêîâ
112 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2015. V. 37. ¹ 2
dynamic characteristics of the vessel under the influence of instability of screws and envi-
ronmental conditions. Based on the developed environment MatLab/Simulink simulation
model of all-range speed controller for a test case the simulation results were obtained,
when automatic control transfer from one mode to another is observed, depending on the
operating conditions.
K e y w o r d s: modeling, power plant, propulsion complex, controller.
REFERENCES
1. Yudin, Yu.I., Garbarovsky, A.B. and Holichev, S.N. (2014), “Calculation of radial diagram
limit values of wind speed for drilling vessel V Shashin”, Vestnik Gosudarstvennogo univer-
siteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala C.O. Makarova, Iss. 1, pp. 7-12.
2. de Wit, Ch. (2009), Optimal Thrust Allocation Methods for Dynamic Positioning of Ships,
Abstract of thesis submitted to the Delft Institute of Applied Mathematics, Delft University of
Technology, Netherlands.
3. “Renishaw Apply InnovationTM: Fanbeam® intelligent DP laser reference system”, available at:
http://www.renishaw.com/en/fanbeam—25675 (accessed December 19, 2014).
4. “Home Kongsberg Meritime: Dynamic positioning — DP system Single system K-Pos DP-11/12”,
available at: http://www.km.kongsberg.com/ks/web/nokbg0240.nsf/AllWeb/ A18DA50D246A
C221C1256A46002D6505?OpenDocument (accessed December 19, 2014).
5. Woud, H.K. and Stapersma, D. (2003), Design of propulsion and electric power generation sys-
tems, IMarEST publications, London, UK.
6. Oosterveld, M.W.C. and van Oossanen, P. (1975), “Further computer-analyzed data of the
Wageningen B-screw series”, Int. Shipbuilding Progress, Vol. 22, pp. 251-262.
7. Goncharenko, D.A. and Budashko, V.V. (2014), “Simulation of power management systems
and torque thrusters for positioning vessels”, Intellektualnyie sistemy prinyatiya resheniy i
zadachi vychislitelnogo intellekta. Materialy mezhdunarodnoy konferentsii [Intellectual sys-
tems for decision making and problems of computational intelligence (ISDMCI’2014). Interna-
tional Conference 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÷åñêîé
ýêñïëóàòàöèè ôëîòà Îäåññêîé íàöèîíàëüíîé ìîðñêîé àêàäåìèè.  1987 ã. îêîí÷èë Îäåññêîå
âûñøåå èíæåíåðíîå ìîðñêîå ó÷èëèùå èì. Ëåíèíñêîãî êîìñîìîëà (Îäåññêàÿ íàöèîíàëüíàÿ
ìîðñêàÿ 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.
ÞØÊÎÂ Åâãåíèé Àëåêñàíäðîâè÷, ìàãèñòð ýëåêòðîìåõàíèêè, àñïèðàíò êàôåäðû ñóäîâîé
ýëåêòðîìåõàíèêè è ýëåêòðîòåõíèêè Îäåññêîé íàöèîíàëüíîé ìîðñêîé àêàäåìèè, êîòîðóþ
îêîí÷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 2 113
|