Задача оптимального управления в системе электродвижения судна по критерию минимума потерь, обеспечивающего желаемые переходные процессы и заданное значение выходной целевой функции, решена с использованием методов теории автоматического регулирования. Судовая электроэнергетическая система судна с системой электродвижения рассмотрена как совокупность подсистем управления в соответствии с основными элементами судовой системы. Сформулирована цель оптимального управления-повышение эффективности передачи энергии от двигателя к движителю за счет снижения потерь энергии. При этом судовая электроэнергетическая система с системой электродвижения рассмотрена как единая система с множеством переменных управления, каждая из которых настроена на свой оптимум. Предложено решение задачи оптимального управления как совокупность систем с контурами оптимального управления, настроенных на технический оптимум, и оптимальным регулятором. Представлена структура построения системы оптимального управления динамической системы. Получено аналитическое решение для формирования оптимального регулятора с оптимальным управлением. Построена математическая модель судовой электроэнергетической системы с системой электродвижения гребной дизель-электрической установки с униполярными машинами. Для реализации был использован математический редактор SIMULINK (приложение MATLAB). При этом целевой выходной функцией была принята скорость вращения винта. Проведено исследование работы модели при раздельном управлении подсистемами и оптимального управления по критерию минимума потерь энергии. Показана эффективность построения оптимальных систем управления при передаче энергии от теплового двигателя к исполнительному механизму, зависимости потерь от скорости вращения винта по сравнению с раздельным управлением системами судна. Ключевые слова: система электродвижения судна, математическая модель судовой электроэнергетической системы, гребная дизель-электрическая установка с униполярными машинами, функция оптимального управления, оптимальный регулятор, критерий минимизации потерь энергии, эффективность построения оптимальных систем управления. Keywords: ship propulsion system, the mathematical model of the ship's electric power system, rowing diesel-electric system with unipolar machines feature optimal control, optimal control, the criterion of minimizing energy losses, effects of constructing optimal control systems.

No abstract

The issues of the target function formation when solving parametric optimization problems in relation to the automated electric drives of water transport objects. The complexity of solving the problem is due to its multi-criteria nature and the lack of reasonable methods for solving it for ship and shore electric drives. It is shown that at the stage of parametric synthesis, the controlled parameters of the main elements of the electric drive are optimized. At the same time, in the case of setting up the electric drive, such parameters are the gain coefficients and time constants of its control system. The analysis shows that quite often one most important quality indicator, which characterizes the speed of the electric drive, is chosen as the target function. It is shown that in recent years, other indicators that characterize accuracy, energy costs, and parametric reliability are also introduced into consideration. It is noted that the most important indicator that fully characterizes the probability of troublefree operation of the electric drive is the reserve of efficiency. Three strategies for the formation of the target function are considered. The first of them involves the search for the optimum by the criterion of maximizing the minimum margin of efficiency. This approach is recommended for responsible electric drives. A distinctive feature of the proposed algorithm for solving the problem is the use of a priori information about the change rates of the controlled parameters. The second strategy involves the option of constructing the objective function, which is provided by a given working capacity stock, and the search for optimum is carried out according to the generalized criterion that takes into account the performance and energy efficiency and is based on the principle of equality. The third strategy involves the formation of the target function by way of an additive form as a generalized indicator of the economic efficiency of the electric drive, built on the basis of all considered quality indicators. At the same time, functional dependencies are established between this indicator and each quality indicator. This allows you to write the desired dependency in the form of an additive function. The algorithms for solving the problem in relation to the first strategy, which are illustrated by specific examples, are considered in the paper.