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基于SVM与MPC的混合动力船舶能量管理策略研究
| 论文题名： | 基于SVM与MPC的混合动力船舶能量管理策略研究 |
| 关键词： | 混合动力船舶;能量管理;模式识别 |
| 摘要： | 船舶混合动力系统将不同类型动力源相结合，发挥优势互补，可有效降低燃油消耗，减少污染物排放。但同时，因其有着更为复杂的动力结构组成与运行模式，能量管理也更为困难。目前，针对船舶混合动力系统的能量管理策略主要分为基于规则的控制策略和基于优化的控制策略。基于规则的控制逻辑相对简单，计算时间少，但控制效果有限。全局优化控制策略需预先掌握全部工况信息，进行离线优化，无法应用于实际工程应用中。而实时优化策略优化效果有限，鲁棒性较差。能量管理策略研究有待进一步发展。针对以上问题，为降低动力系统燃油消耗，本文将在线工况识别与实时优化策略相结合，提出基于支持向量机与模型预测控制的混合动力船舶能量管理策略。本文具体研究工作如下： （1）建立了船舶并联式混合动力系统模型。以某型混合动力休闲渔船为研究对象，采用试验数据和理论公式相结合的方法，建立了柴油发动机、电机、蓄电池及超级电容等动力系统重要组件的数学模型，搭建了船舶并联式混合动力系统仿真模型。用以开展仿真分析，验证所提能量管理策略性能。 （2）研究了船舶工况在线识别方法。在对船舶典型历史工况数据分析的基础上，研究并提出了基于支持向量机（SVM）的船舶工况在线识别方法。以“美维凯悦”号游轮的实际运行数据为样本数据，综合船舶实际运行状况，建立并训练了基于支持向量机的在线工况识别模型。通过船舶实际运行状况与在线工况识别模型识别结果比对，验证了工况在线识别模型识别结果的准确度。 （3）构建了基于工况识别与预测的混合动力船舶能量管理策略。为提升实时能量管理策略控制性能，提出了工况的在线识别与预测控制相结合的方法，构建了基于支持向量机和模型预测控制的混合动力船舶能量管理策略。通过不同策略的仿真分析，验证了所提能量管理策略的有效性及燃油经济性。与基于模型预测控制的控制策略相比，所提能量管理策略在满足需求功率的前提下，可以节省燃油消耗4.55%，与基于动态规划的策略的燃油消耗量非常接近。 |
| 作者： | 梁天驰 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 袁裕鹏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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