【正文】 四、指導(dǎo)教師對選題報告的意見：校內(nèi)指導(dǎo)教師對選題報告的意見： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日校外指導(dǎo)教師對選題報告的意見： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 五、選題報告時間及考核小組人員：選題報告的時間及參加報告會的考核小組人員名單（副教授以上職稱者不少于5人，此欄由導(dǎo)師填寫）：舉行報告會時間：地 點：參加人員：組長： 職稱： （導(dǎo)師不能擔(dān)任組長） 成員： 職稱：成員： 職稱：成員： 職稱：成員： 職稱：成員： 職稱：六、考核小組對選題報告的意見：選題報告考查成績：（記優(yōu)、良、中、及格、不及格） 考核小組組長簽名： 年 月 日七、學(xué)院審查意見： 主管領(lǐng)導(dǎo)簽字： 年 月 日八、學(xué)院備案時間： 教 學(xué) 秘 書： 年 月 日。7．研究進度安排等。 創(chuàng)新點（1） 系統(tǒng)能針對船舶柴油機實際運行工況和環(huán)境參數(shù)，建立中央冷卻系統(tǒng)多變量數(shù)學(xué)控制模型，實現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)測控制。（2）建立船舶中央冷卻系統(tǒng)節(jié)能變頻驅(qū)動系統(tǒng)實驗裝置，根據(jù)中央冷卻系統(tǒng)的傳熱流體特性，設(shè)計船舶中央冷卻系統(tǒng)具有變頻器控制冷卻溫度控制方案，完成軟硬件設(shè)計和調(diào)試，并根據(jù)實驗調(diào)試結(jié)果，完成船舶中央冷卻系統(tǒng)測試。采用PID控制方案調(diào)節(jié)機艙內(nèi)部溫度，風(fēng)機系統(tǒng)與變頻器、西門子PLC裝置、HMI觸摸屏面板通過電纜連接，自行設(shè)計PLC裝置內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)艙內(nèi)溫度調(diào)節(jié)功能，通過西門子WinCC組態(tài)軟件設(shè)計HMI操作面板程序，用戶只需在HMI操作面板上設(shè)定機艙內(nèi)部相關(guān)參數(shù)即可，通過溫度設(shè)定值與環(huán)境實測值對比，根據(jù)PID控制方案調(diào)節(jié)變頻器工作頻率進而改變風(fēng)機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)機艙溫度智能化控制。⑦ 通常機艙內(nèi)部空間小，冷卻水系統(tǒng)在工作時空氣流通不暢艙內(nèi)溫度過高，這既不利于換熱裝置工作也不利于操作人員的工作。⑤ 完成實驗室仿真試驗和模擬實驗后，借助所研制的試驗平臺，進行單項的實船試驗，進行各種工況的試驗。具體進行如下的仿真試驗：建立航行區(qū)域概率與海水溫度模型、海水泵消耗功率與海水溫度關(guān)系模型、主機缸套冷卻水系統(tǒng)模型、低溫淡水冷卻器的熱力數(shù)學(xué)模型、主機缸套冷卻的熱力數(shù)學(xué)模型、中央冷卻器模型，進行熱負載平衡、功率匹配的仿真試驗；進行仿真試驗，修正管網(wǎng)泥槳輸送阻力的對泥泵機械特性影響；建立各種變頻調(diào)速方案的仿真模型進行比較分析等仿真試驗。選取合適的仿真平臺，將數(shù)學(xué)模型有效地轉(zhuǎn)化為仿真模型。② 在上述理論研究基礎(chǔ)上，建立船舶中央冷卻系統(tǒng)各組成部分的傳熱數(shù)學(xué)模型，包括建立航行區(qū)域概率與海水溫度的函數(shù)關(guān)系、海水泵消耗功率與海水溫度之間的關(guān)系，建立中央冷卻器模型、海水泵轉(zhuǎn)速計算模型、主機空氣冷卻器模型、主機滑油冷卻器模型、低溫淡水三通閥模型、高溫淡水三通閥模型、主機缸套水冷卻器模型進而搭建完整的船舶冷卻熱平衡系統(tǒng)模型。 技術(shù)路線 具體技術(shù)路線 本項目將理論研究（建模）+仿真試算+試驗臺調(diào)試相結(jié)合的方法。（2）整個船舶冷卻系統(tǒng)包括了三個冷卻子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)都有其溫度控制目標(biāo)，它是耦合大系統(tǒng)，慣性大，如何研究新解耦智能控制算法，控制目標(biāo)整體實現(xiàn)是一個亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)自動控制原理，研究風(fēng)機自動化控制程序，確定不同工況下所需換氣量的風(fēng)機工作模式，實現(xiàn)風(fēng)機智能化調(diào)節(jié)機艙溫度；通過研究機艙空間大小、主機換熱所需空氣量等選擇風(fēng)機組合方案；通過控制面板程序智能操控風(fēng)機工作，滿足各種工況下所需的變頻器頻率調(diào)控風(fēng)機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)節(jié)能目的。根據(jù)工況變化（海水溫度、主機負荷等），研究工況—海水量匹配控制算法，確定不同航區(qū)所需海水量的海水泵組合工作模式，實現(xiàn)冷卻海水的流量控制多種方式；通過采集中央冷卻器淡水、海水進出口溫度以及主機功率變化，自動選擇海水泵的組合方案；研究不同工況變頻控制策略，采用分程控制各海水泵的啟停，調(diào)節(jié)流入中央冷卻器中的海水量，滿足各種不同工況下所需的冷卻海水，實現(xiàn)節(jié)能目的。通過MATLAB/Simulink工具進行仿真，對模型和仿真方法進行優(yōu)化，以滿足工程精度和計算要求。該中央冷卻水系統(tǒng)實驗平臺包含的裝置有中央冷卻器、海水泵、主機空氣冷卻器、主機滑油冷卻器、低溫淡水三通閥、高溫淡水三通閥、主機缸套水冷卻器等。針對散貨船無限航區(qū)的航行，航行區(qū)域緯度跨度較大和海水的溫度、空氣溫度變化也較大的特點，采用變頻智能控制技術(shù)，研究開發(fā)一套船舶集成冷卻操作的智能節(jié)能控制系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)可靠工作的前提下，能根據(jù)環(huán)境溫度、主機負荷及海水溫度適時地調(diào)節(jié)海水的流量，使海水泵、風(fēng)機始終工作在最佳工作點附近，從而達到節(jié)能的目的，最終形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的簡易船舶冷卻系統(tǒng)智能節(jié)能控制裝置。機艙沒有良好的通風(fēng)換氣，不能保證與主柴油機、發(fā)電柴油機、鍋爐等燃料時所需的空氣量，造成燃燒不充分，甚至有可能引起可燃氣體的爆炸，影響機內(nèi)良好的工作環(huán)境。（四）不能實時檢知冷卻器中的污垢。（一）船舶在設(shè)計中央冷卻水系統(tǒng)的時候，中央冷卻系統(tǒng)的海水設(shè)計溫度為32℃，對于無限航區(qū)的船舶，一般其航行區(qū)域緯度跨度較大，海水的溫度變化也較大，海水的常年平均溫度約為17℃，導(dǎo)致了中央冷卻系統(tǒng)所需的海水流量也會變化較大，只有很少的時間處在滿負荷運行的狀態(tài)；（二）船舶主動降低航速運行，使冷卻水系統(tǒng)更加不可能滿負荷工作，導(dǎo)致了海水泵能量利用率不高，海水回路不能夠?qū)崟r滿足變流量的要求，海水泵的壓頭、流量不能隨海水系統(tǒng)狀況和航區(qū)而改變，能力長期過剩；海水泵或風(fēng)機臺數(shù)的配置也沒有根據(jù)船舶航區(qū)、船舶種類等實際情況進行綜合考慮，海水泵選型不盡合理，運行效率偏低，能量損失較大；（三）不能解決海水鹽分析出的問題，在滿足冷卻要求的情況下，盡量減少海水流量，以充分利用海水的冷卻能力，來降低海水泵的功耗。 隨著變頻器價格的降低，艦船中央冷卻系統(tǒng)的海水泵應(yīng)用變頻無級調(diào)速將會應(yīng)用越來越多，最終實現(xiàn)根據(jù)柴油機的負荷大小對冷卻氣缸套和氣缸蓋的高溫冷卻回路中的冷卻水流量和溫度進行有效的控制，防止在低負荷下過度冷卻，以限制燃燒室部件的熱負荷和防止氣缸套的低溫硫酸腐蝕，并保持柴油機冷卻水出口溫度不變，而冷卻系統(tǒng)的控制系統(tǒng)應(yīng)保證在全負荷工作范圍內(nèi)可靠地控制，減小冷卻系統(tǒng)中的溫度波動。一臺變速泵，可有三種流量100%，80%，55%；兩臺變速泵，可有四種流量100%，80%，55%，40%；(3) 設(shè)置定速泵與無級變速泵，定速泵負責(zé)最常用的工況，變速泵適應(yīng)工況的變化，可以延長較為昂貴的無級變速泵的壽命；(4) 設(shè)置無級變速泵，實現(xiàn)無級調(diào)速，使海水流量連續(xù)變化，這是今后發(fā)展的方向。目前海水泵的運行工況有下列幾種情況：(l) 設(shè)置多臺定速海水泵：如350%。由上面看出，根據(jù)中央冷卻系統(tǒng)設(shè)計方案的不同，對應(yīng)于兩種不同的控制設(shè)計方案：一是常規(guī)泵的控制系統(tǒng)方案，有單泵或者多泵并聯(lián)運行方案；二是變頻泵的控制。八十年進口的“漢濤河”型船舶把兩臺10%負荷主海水泵中的一臺改為雙速泵(，45kw；，22kw)，在全年中大部分時間只用低速泵(22kw)，節(jié)能設(shè)計進了一步。為了減少控制滯后性，引入柴油發(fā)電機組的功率信號作為前饋控制信號，將是較為有效地解決冷卻水溫度的控制精度方式。主機的中央冷卻水溫度控制系統(tǒng)，是一個集水、電、機為一體的復(fù)雜非線性系統(tǒng)，參數(shù)具有時變性、滯后性和不確定性，對它的控制較為復(fù)雜。 目前研究冷卻水溫度控制主要采用較為簡單的控制策略，如比例微分控制或是比例積分控制，往往控制效果比較差。杜玉恒，韓學(xué)勝，郭祖平等[42]提出了“船用柴油機冷卻水溫度的模糊控制”方法，控制系統(tǒng)接收油門刻度、掃氣壓力、進出機溫度差等多種前饋信號進行模糊控制，克服了單輸入、單輸出的PD、PI或PID控制的缺陷；吳桂濤，孫培廷[43]提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊PID控制方法，該方法的優(yōu)點是控制系統(tǒng)具有適應(yīng)控制環(huán)境變化和自學(xué)習(xí)的能力，當(dāng)柴油機運行工況發(fā)生變化時仍具有很好的控制性能。該系統(tǒng)允許操作者根據(jù)特定的需求確定精確的系統(tǒng)控制參數(shù)，通過使用溫度傳感器，該系統(tǒng)能將可能的管道摩擦考慮在內(nèi)，計算出最佳的制冷量，由變頻器控制著海水泵，實現(xiàn)精確的海水量需求控制。它在中遠第五代大型集裝箱船應(yīng)用，每小時能夠節(jié)省72噸燃油，節(jié)能明顯。海水系統(tǒng)流量由系統(tǒng)控制在四種海水流量之間轉(zhuǎn)換，目的在于控制泵入系統(tǒng)的海水不會過剩，保證中央冷卻器的換熱效率，實現(xiàn)最大程度的節(jié)能及海水流量的優(yōu)化控制。（這和第六頁開頭一模一樣） 瑞典ALFALAVAL公司研發(fā)的ENGARD微機控制系統(tǒng)[39]圍繞船舶中央冷卻水系統(tǒng)的控制和檢測進行特別設(shè)計，用于對海水系統(tǒng)、低溫淡水系統(tǒng)進行控制。目前船舶冷卻系統(tǒng)設(shè)計采用海水定排量方法，在低溫水和高溫水系統(tǒng)中增加三通閥進行冷卻水隨動旁通法，機艙通風(fēng)系統(tǒng)也是定排量通風(fēng)法，整個系統(tǒng)的能耗穩(wěn)定，不會跟隨外部環(huán)境和柴油機運行功率進行調(diào)整。所以，本課題的研究具有重要的意義和良好的應(yīng)用前景。 當(dāng)今，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，節(jié)能減排、綠色造船、綠色航運已成為船舶工業(yè)發(fā)展的重要要求，環(huán)境友好型的綠色船舶應(yīng)能夠減少對資源的消耗。由此可見，在船舶冷卻系統(tǒng)中，除了設(shè)計高溫冷卻水溫度控制系統(tǒng)，同時優(yōu)化海水回路的運行、控制海水流量，使海水泵的功率隨環(huán)境溫度變化，對降