一种虚实融合的船舶能量管理策略验证方法与平台技术

本发明专利技术公开了一种虚实融合的船舶能量管理策略验证方法，包括进行基于AMESim

【技术实现步骤摘要】
一种虚实融合的船舶能量管理策略验证方法与平台


[0001]本专利技术属于船舶能量管理领域，具体涉及一种虚实融合的船舶能量管理策略验证方法与平台。

技术介绍

[0002]新能源(LNG、锂电池、甲醇、光伏)的应用和配套的能效智能控制技术是研究的重点。多能源混动动力船舶动力推进形式、电力供应结构多样，高效的能量管理策略是船舶节能、稳定运行的关键。但如何在安全、经济的情况下验证能量管理策略的效果是当前研究的难点。
[0003]目前，船舶能量管理策略的测试验证多以虚拟仿真为主，即通过仿真软件对船舶动力系统以及控制策略进行建模、仿真验证，在经济性和安全性方面有着明显优势，但准确性、时序性与实际存在差距，可信度较低。实船测试实验，可以真实反应船舶能量管理策略的有效性，但成本巨大，安全性、可重复性差。此外，船舶航行工况复杂，测试场景存在随机性强、重复性差等问题。因此，在实船测试前进行策略的有效性验证时重要的一环。其中，基于实时仿真器的仿真验证研究逐渐流行。该方法将船舶能量管理策略嵌入到控制器中，其它动力模型、储能、负载等都编译到实时仿真器中，其特点是除了含算法的控制器其余均为仿真模型。这种方式能够进行实时在线调参操作，具有灵活、低成本、测试效率高等优势，但由于多能源船舶动力系统和负载的复杂性，仅用模型难以表征其动态性能，因此难以促进策略的推广。另一种方法是搭建等比例、全功率的船舶动力系统仿真平台，将控制策略作用到平台中进行效果验证。这种验证方式更接近真实情况，但成本、不确定性等因素较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种虚实融合的船舶能量管理策略验证方法与平台，将软件仿真模型和小比例验证平台进行有效融合，船舶能量管理策略的验证可在任意虚拟模型或平台设备中进行验证，操作灵活，能有效降低实验成本并提高验证效率。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种虚实融合的船舶能量管理策略验证方法，应用于一种虚实融合的船舶能量管理策略验证平台，该平台包括：小比例验证平台、功率放大器、控制器、船舶工况数据库、基于平台结构的AMESim动力系统仿真模型、基于Simulink的船舶能量管理策略模型和虚拟测试场景；其中，小比例验证平台至少包括dSPACE实时仿真器、负载模拟系统和控制器件，dSPACE实时仿真器用于将虚拟模型和小比例验证平台连接，实现船舶能量管理策略的硬件在环实时仿真验证；负载模拟系统，用于实现船舶营运负载的等效模拟，通过船舶实际工况数据构建出全方位、多维度的测试场景；控制器件包括DC/DC转换器、AC/DC整流器和DC/AC逆变器；本方法包括以下步骤：
[0006]S1、在AMESim中搭建基于小比例验证平台的多能源的动力系统仿真模型，在Simulink中搭建多能源的船舶能量管理策略模型，进行基于AMESim
‑
Simulink的联合仿真，对动力系统仿真和船舶能量管理策略模型进行参数调试和修正；
[0007]S2、在上位机中将船舶能量管理策略模型经过Real
‑
timeWorkshop编译成相应代码并下载到控制器中；通过AMESim搭建的动力系统仿真模型对Simulink中的接口S
‑
function函数进行编译，将动力系统仿真模型生成实时代码，通过上位机将该动力系统仿真模型模型下载到dSPACE中，由dSPACE运行整个动力系统仿真模型并与控制器结合，进行实时仿真；
[0008]S3、将dSPACE中的I/O接口与小比例验证平台连接，实现部分动力系统仿真模型实物化，将船舶实际工况作用到负载模拟系统中，构建符合实际的虚拟测试场景，再将控制器经过功率放大器与控制器件相连，进行虚实融合的硬件在环仿真测试；
[0009]S4、将软件仿真、实时仿真、硬件在环仿真的结果进行对比，根据预设指标进行评估验证；预设指标包括电池SOC、网压波动、设备运行效率区间、节能减排效果和仿真时间。
[0010]船舶能量管理策略模型包括模糊控制、模型预测控制、等效油耗最小策略以及基于智能优化算法的控制，用于根据负载需求功率对各动力设备进行功率分配，使各动力设备在高效区间运行。
[0011]动力系统仿真模型包括主机模块、电池模块、其它新能源设备模块、轴带电机模块和负载模块，用于设计测试过程中平台对应参数，并根据船舶能量管理策略分配的结果进行PID控制输出。
[0012]还提供一种虚实融合的船舶能量管理策略验证平台，包括：小比例验证平台、功率放大器、控制器、船舶工况数据库、基于平台结构的AMESim动力系统仿真模型、基于Simulink的能量管理策略模型和虚拟测试场景；其中，
[0013]所述小比例验证平台包括：
[0014]多能源动力装置，其包括电机、磁粉制动器、蓄电池、超级电容、离合器和齿轮箱，用于模拟船舶多能源混合动力系统，利用小功率设备实现多能源的高效集成和模拟；
[0015]测控系统，其包括上位机、传感器、CAN通讯和控制器件，用于平台数据的实时采集、传输、设备监测和高效控制；其中，上位机用于实时监测动力系统仿真模型和船舶能量管理策略模型的参数；传感器用于采集各动力设备的电流、转速和转矩；CAN通讯用于控制信号的传输；控制器件包括DC/DC转换器、AC/DC整流器和DC/AC逆变器；
[0016]负载模拟系统，用于实现船舶营运负载的等效模拟，通过船舶实际工况数据构建出全方位、多维度的测试场景；
[0017]dSPACE实时仿真器，用于将虚拟模型和小比例验证平台连接，实现船舶能量管理策略的硬件在环实时仿真验证；
[0018]所述功率放大器，用于将dSPACE实时仿真输出的信号进行放大，产生真实的功率信号；
[0019]所述控制器，用于承载船舶能量管理策略模型编译转换后的C代码；
[0020]所述船舶工况数据库，用于向动力系统模型或复杂模拟系统输入船舶功率
‑
时间曲线；
[0021]所述基于平台结构的AMESim动力系统仿真模型，用于根据船舶能量管理策略模型的对各动力设备的分配结果，控制输出各动力设备的运行参数，并反馈给船舶能量管理策略模型；
[0022]所述基于Simulink的船舶能量管理策略模型，用于根据船舶功率
‑
时间曲线对各
动力设备进行功率分配，并提供参考功率；
[0023]所述虚拟测试场景，用于进行基于平台的半实物仿真验证的测试场景模拟。
[0024]船舶能量管理策略模型包括模糊控制、模型预测控制、等效油耗最小策略以及基于智能优化算法的控制，用于根据负载需求功率对各动力设备进行功率分配，使各动力设备在高效区间运行。
[0025]动力系统仿真模型包括主机模块、电池模块、其它新能源设备模块、轴带电机模块和负载模块，用于设计测试过程中平台对应参数，并根据船舶能量管理策略分配的结果进行PID控制输出。
[0026]还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种虚实融合的船舶能量管理策略验证方法，其特征在于，应用于一种虚实融合的船舶能量管理策略验证平台，该平台包括：小比例验证平台、功率放大器、控制器、船舶工况数据库、基于平台结构的AMESim动力系统仿真模型、基于Simulink的船舶能量管理策略模型和虚拟测试场景；其中，小比例验证平台至少包括dSPACE实时仿真器、负载模拟系统和控制器件，dSPACE实时仿真器用于将虚拟模型和小比例验证平台连接，实现船舶能量管理策略的硬件在环实时仿真验证；负载模拟系统，用于实现船舶营运负载的等效模拟，通过船舶实际工况数据构建出全方位、多维度的测试场景；控制器件包括DC/DC转换器、AC/DC整流器和DC/AC逆变器；本方法包括以下步骤：S1、在AMESim中搭建基于小比例验证平台的多能源的动力系统仿真模型，在Simulink中搭建多能源的船舶能量管理策略模型，进行基于AMESim
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Simulink的联合仿真，并对动力系统仿真模型和船舶能量管理策略模型进行参数调试和修正；S2、在上位机中将船舶能量管理策略模型经过Real
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timeWorkshop编译成相应代码并下载到控制器中；通过AMESim搭建的动力系统仿真模型对Simulink中的接口S
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function函数进行编译，将动力系统仿真模型生成实时代码，通过上位机将该动力系统仿真模型下载到dSPACE中，由dSPACE运行整个动力系统仿真模型并与控制器结合，进行实时仿真；S3、将dSPACE中的I/O接口与小比例验证平台连接，实现部分动力系统仿真模型实物化，将船舶实际工况作用到负载模拟系统中，构建符合实际的虚拟测试场景，再将控制器经过功率放大器与控制器件相连，进行虚实融合的硬件在环仿真测试；S4、将软件仿真、实时仿真、硬件在环仿真的结果进行对比，根据预设指标进行评估验证；预设指标包括电池SOC、网压波动、设备运行效率区间、节能减排效果和仿真时间。2.根据权利要求1所述的一种虚实融合的船舶能量管理策略验证方法，其特征在于，船舶能量管理策略模型包括模糊控制、模型预测控制、等效油耗最小策略以及基于智能优化算法的控制，用于根据负载需求功率对各动力设备进行功率分配，使各动力设备在高效区间运行。3.根据权利要求1所述的一种虚实融合的船舶能量管理策略验证方法，其特征在于，动力系统仿真模型包括主机模块、电池模块、其它新能源设备模块、轴带电机模块和负载模块，用于设计测试过程中平台对应参数，并根据船舶能量管理策略分配的结果进行PID控制输出。4.一种使用如权利要求1所述的一种虚实融合的船舶能量管理策略验证方法的平台，其特征在于，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：范爱龙，李永平，刘汉有，田智齐，邱皓，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：