船舶最低单位距离油耗航速及控制系统研究

论文摘要

随着世界燃油市场价格的不断上涨,人们的节能观念不断深化,各项围绕着节能主题的新技术不断孕育而生。就船用设备而言,主机的燃油消耗占据了船舶营运成本的很大一部分,因此船舶主机的节能尤为重要。所以,近年来世界各大柴油机制造商投入大量的人力财力研究开发低燃油消耗的主机,但由于柴油机的结构、原理等方面的限制几乎已经达到了极限,所以目前船舶节能应从现有的设备条件中挖潜力、降低燃油消耗,以最小的能量消耗获取最大的运输效益。船舶在航行时,必须的能量形式是动能、电能和热能。供应这些能量的装置是推进装置、发电装置和供气装置,这三个装置都直接消耗燃料。以柴油机船为例,直接耗用燃料的设备是柴油主机、发电柴油机和辅助锅炉。其中,船舶主机所消耗的能量占总能量的70-90%。论文主要介绍了一种船舶最低单位距离油耗航速控制系统。利用这套系统可以在不影响船舶航行安全和航运周期的前提下,通过实时检测的方式,控制主机运行于最低单位距离油耗航速,从而大大降低船舶航行时的主机燃油消耗。作者主要完成了以下工作：1.分析了现阶段经济航速的分类、计算方法。研究了船舶单位距离最低油耗转速控制系统的寻优策略,包括初始寻优策略、弯道寻优策略和寻优修正策略。2.在此基础上,提出了船舶柴油机最低油耗航速控制系统总体设计方案并完成了主控芯片选型。3.以TMS470R1a256芯片作为系统主控芯片,并在TMS470R1a256芯片上进行了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的移植4.进行系统的软件设计,包括μC/OS-Ⅱ任务划分,以及各个任务的程序设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 现有船舶节能技术概述
• 1.2.1 机械设备与系统方面
• 1.2.2 船体方面
• 1.2.3 运行与管理方面
• 1.3 论文研究目的及内容
• 第2章 船舶经济航速计算方法
• 2.1 船舶单位距离最低油耗航速
• 2.1.1 船舶航行过程推进效率分析
• 2.1.2 船舶主机耗油率与转速的关系
• 2.1.3 船舶单位距离油耗量与航速之间的关系
• 2.1.4 船舶最低单位距离油耗航速适用条件
• 2.2 营运船舶的经济航速
• 2.2.1 最低营运费用航速
• 2.2.2 最大盈利航速
• 第3章 系统与硬件
• 3.1 系统总体设计
• 3.2 核心CPU的选型
• 3.2.1 核心CPU选型原则
• 3.2.2 TMS470R1A256处理器简介
• 3.3 系统硬件设计
• 3.3.1 主控制单元
• 3.3.2 人机接口单元
• 3.3.3 控制切换单元
• 第4章 嵌入式操作系统
• 4.1 嵌入式操作系统的分类及选择
• 4.1.1 嵌入式操作系统的分类
• 4.1.2 控制用单片机操作系统的选择
• 4.2 μC/OS-Ⅱ操作系统
• 4.3 μC/OS-Ⅱ在TMS470R1A256上的移植
• 4.3.1 μC/OS-Ⅱ在TMS470R1A256上可移植性分析
• 4.3.2 移植μC/OS-Ⅱ所需要做的工作
• 4.3.3 移植代码测试
• 第5章:主程序设计
• 5.1 主控单元应用程序设计
• 5.1.1 任务的划分
• 5.1.2 任务功能介绍
• 5.1.3 任务优先级设置
• 5.1.4 确定主机转速范围任务程序设计
• 5.1.5 寻优任务任务程序设计
• 5.1.6 弯道寻优任务程序设计
• 5.1.7 监测航速任务程序设计
• 5.1.8 寻优修正任务程序设计
• 5.2 控制系统的数据管理
• 5.2.1 文件系统在uCOS-Ⅱ中的实现
• 5.2.2 数据的读写存储操作
• 5.3 μC/OS-Ⅱ可裁剪性的实现
• CFG..H中用于系统裁剪的常量'>5.3.1 文件OS_CFG..H中用于系统裁剪的常量
• 5.3.2 配置常量的解释
• 第6章 结论与展望
• 6.1 论文完成的工作
• 6.2 可以进一步开展的工作
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文