動力系統自動化相關領域發展演示文稿目前一頁\總數一百三十一頁\編于十點優選動力系統自動化相關領域發展目前二頁\總數一百三十一頁\編于十點

自動控制技術的發展自動控制：是指在沒有人直接參與的情況下，利用控制器使被控對象（指生產設備或生產過程）自動地按預定的規律運行。機械化→電氣化時代→自動化、信息化、智能化目前三頁\總數一百三十一頁\編于十點公元前1400－1100年，中國、埃及和巴比倫相繼出現自動計時漏壺，人類產生了最早期的控制思想。目前四頁\總數一百三十一頁\編于十點公元前300年秦昭王時，由李冰父子主持設計修筑的著名水利工程都江堰，是一種液面控制，是“系統”觀念的杰出體現。目前五頁\總數一百三十一頁\編于十點公元100年，亞歷山大的希羅發明開閉廟門和分發圣水的自動計時裝置。目前六頁\總數一百三十一頁\編于十點公元132年，中國科學家張衡（公元78~139）發明水運渾象，研制出自動測量地震的候風地動儀。目前七頁\總數一百三十一頁\編于十點公元235年，中國馬鈞研制出用齒輪傳動的自動指示方向的指南車(司南車）目前八頁\總數一百三十一頁\編于十點公元1788年，英國人J.Watt用離心式調速器控制蒸汽機的速度，由此產生了第一次工業革命。目前九頁\總數一百三十一頁\編于十點維納，MIT教授，曾于1936年到清華大學任訪問教授。早期進行模擬計算機研究，二戰期間參與火炮控制研究，提煉出負反饋概念。

1948年，維納所著《控制論》的出版，標志著這門學科的正式誕生。控制論的奠基人美國科學家維納（Wiener,N.，1894~1964）目前十頁\總數一百三十一頁\編于十點

1954年，我國科學家錢學森在美國運用控制論思想和方法，用英文出版《工程控制論》，首先把控制論推廣到工程技術領域。“工程控制論是關于工程技術領域各個系統自動控制和自動調節的理論。維納博士40年代提示了控制論的基本思想后，不少工程師和數學博士曾努力尋找通往這座理論頂峰的道路，但均半途而廢。工程師偏重于實踐，解決具體問題，不善于上升到理論高度；數學家則擅長于理論分析，卻不善于從一般到個別去解決實際問題。錢學森則集中兩者優勢于一身，高超地將兩只輪子裝到一輛戰車上，碾出了工程控制論研究的一條新途徑。”目前十一頁\總數一百三十一頁\編于十點根據自動控制理論的內容和發展的不同階段，控制理論可分為“經典控制理論”和“現代控制理論”兩大部分。

“經典控制理論”的內容是以傳遞函數為基礎，以頻率法和根軌跡法作為分析和綜合系統基本方法，主要研究單輸入，單輸出這類控制系統的分析和設計問題。目前十二頁\總數一百三十一頁\編于十點“現代控制理論”是在“經典控制理論”的基礎上，于60年代以后發展起來的。它的主要內容是以狀態空間法為基礎，研究多輸入，多輸出、時變參數、分布參數、隨機參數、非線性等控制系統的分析和設計問題。最優控制、最優濾波、系統辨識、自適應控制等理論都是這一領域重要的研究課題，近代計算機技術和現代應用數學的結合，又使現代控制理論在大系統理論和模仿人類智能活動的人工智能控制等諸多領域有了重大發展。

目前十三頁\總數一百三十一頁\編于十點

1、經典控制理論

40~50年代形成SISO系統基于：二戰軍工技術目標：反饋控制系統的鎮定基本方法：傳遞函數，PID調節器(頻域)2、現代控制理論

60~70年代形成MIMO系統基于：冷戰時期空間技術，計算機技術目標：最優控制 基本方法：狀態方程

（時域）

控制理論的發展目前十四頁\總數一百三十一頁\編于十點3、智能控制技術

90年代開始發展專家系統模糊控制神經網絡4、正在發展的各個領域

自適應控制大系統理論

H∞魯棒控制非線性控制（微分幾何，混沌，變結構）目前十五頁\總數一百三十一頁\編于十點

第一顆人造衛星（蘇聯，1957年）目前十六頁\總數一百三十一頁\編于十點

第一顆載人飛船（蘇聯，1961年）目前十七頁\總數一百三十一頁\編于十點

人類首次登上月球（美國，1969年）目前十八頁\總數一百三十一頁\編于十點

首架航天飛機（美國，1981年）目前十九頁\總數一百三十一頁\編于十點

首次沖出太陽系（美國，1989年）目前二十頁\總數一百三十一頁\編于十點

仿人機器人（日本，2001年）目前二十一頁\總數一百三十一頁\編于十點

神州五號載人航天成功（中國，2003年）目前二十二頁\總數一百三十一頁\編于十點

勇氣號、機遇號火星探測器（美國，2004年）目前二十三頁\總數一百三十一頁\編于十點

土衛六探測器（歐盟，2005年）目前二十四頁\總數一百三十一頁\編于十點“作為技術科學的控制論，對工程技術、生物和生命現象的研究和經濟科學，以及對社會研究都有深刻的意義，比起相對論和量子論對社會的作用有過之無不及．我們可以毫不含糊地說從科學理論的角度來看，二十世紀上半葉的三大偉績是相對論、量子論和控制論，也許可以稱它們為三項科學革命，是人類認識客觀世界的三大飛躍。”——錢學森目前二十五頁\總數一百三十一頁\編于十點動力系統的發展（船用動力）目前二十六頁\總數一百三十一頁\編于十點

1893至1897年期間，在德國的奧古斯堡MAN制造廠開發出了第一臺可以應用的柴油機。今天MAN公司仍然是世界上最大的柴油機制造商之一

目前二十七頁\總數一百三十一頁\編于十點在此后20余年的競爭中，隨著二次世界大戰中“自由輪”的退役，蒸汽機全面退出了歷史舞臺，取而代之的是大功率的船用柴油機。另一方面在航空領域中渦輪機及噴氣機的崛起，則使星型航空發動機在飛行動力中被淘汰。目前二十八頁\總數一百三十一頁\編于十點在數十年的競爭過程中很多名牌公司被淘汰或兼并，其中包括美國、英國、荷蘭、瑞典等發達國家的制造商。今天90%以上的遠洋船市場已被2~3個大跨國公司所壟斷。這些處于壟斷地位的大跨國公司主要是MAN-B&W公司以及Watshila-Sulzer公司，世界主要的造機或造船廠都是購買了他們的專利許可證生產他們的產品目前二十九頁\總數一百三十一頁\編于十點在韓國生產的MANB&WS90目前三十頁\總數一百三十一頁\編于十點——特別是集裝箱船,不僅裝箱數增多,而且航速要求提高到24~25kn。例如建造裝運TEU12000個，航速23~24kn的集裝箱船，要求單機功率近100,000kW目前三十一頁\總數一百三十一頁\編于十點TheHamburgExpress，theworld'slargestcontainership，carriesuptoTEU7500，poweredbyahuge12K98MC，70,000kWDieselEngine目前三十二頁\總數一百三十一頁\編于十點—遠洋輪的需求導致低速柴油機巨人的出現由于螺旋槳轉速低時，效率較高，而較低的轉速也有利于燃料的燃燒。因此出現了60~70rpm/min的低速柴油機，柴油機的高度達到15米以上，這種機型稱為低速二沖程發動機，廣泛地用于遠洋船舶。目前三十三頁\總數一百三十一頁\編于十點——軍事上的需求導致了增壓技術的發展：在有限的空間和重量下發出最大功率早期的柴油機都是自然吸氣的，在發動機氣缸內，有限的空氣只能燃燒有限的油，從而只能發出有限的功率。目前三十四頁\總數一百三十一頁\編于十點增壓(Supercharging)是指把空氣壓縮，密度增大后再進入發動機氣缸。如此，氣多、油多，功率自然增加增壓技術的突破是在50年代初，至今非增壓的柴油機除了在部分車輛上還有使用外，在船舶上已經絕跡目前三十五頁\總數一百三十一頁\編于十點目前三十六頁\總數一百三十一頁\編于十點燃燒的技術是柴油機最重要的核心技術——燃燒必須及時，并在以毫秒計的時間內結束——燃燒必須完全，不能有黑煙、CO、NOx等有害排放——燃燒必須平順，以減少振動和噪聲——對于燃燒過程的認識并未窮盡，對于燃燒的控制也遠未達到完善目前三十七頁\總數一百三十一頁\編于十點能源危機與重油的應用在運價激烈的競爭中，船東提出了降低燃料費用的要求。降低燃料費用一個重要措施是使用低品質的燃料油(FuelOil)，柴油(DieselOil)和燃料油的價格相差一倍以上。這就導致了重油技術的誕生，今天這一技術已經從低速機普及到中速機。目前三十八頁\總數一百三十一頁\編于十點船用柴油機技術現狀自從柴油機誕生以來，技術性能已經發生了極大的變化：——效率已經從25%提高到50%，在近十年來，每年提高1%。這意味著用同樣的油現在可以產生一倍以上的馬力——平均壓力從0.5~0.6MPa提高到2.5MPa，這意味著同樣大小的柴油機現在可以產生四倍的馬力目前三十九頁\總數一百三十一頁\編于十點新的技術和方法高新技術正在改變著傳統柴油機的面貌。電子控制及IT技術——常規的機械控制裝置被取代——各種芯片、傳感器、控制器、執行器成為發動機運行的靈魂——遙控、無人機艙、一人船橋（OneManBridge）

目前四十頁\總數一百三十一頁\編于十點目前四十一頁\總數一百三十一頁\編于十點目前四十二頁\總數一百三十一頁\編于十點——智能發動機及中央能量管理系統（IntelligentEngine）——新的世紀：電子控制的智能發動機的時代已經來臨，MAN的智能發動機2000年11月已經在挪威的一艘37500dwt化學品船上試用目前四十三頁\總數一百三十一頁\編于十點船舶電力推進技術的歷史與發展目前四十四頁\總數一百三十一頁\編于十點傳統的船舶動力系統柴油機與推進器機械連接的缺點：1、主機的功率必須按船舶最高航速配置，當工作在低速時，柴油機的效率迅速降低。原動機負載低時效率低是不可避免的，這就象大馬拉小車一樣。因而機動性要求高的船舶，例如軍艦、郵輪、各種工作船舶，其油耗高成為難以解決的頑癥。目前四十五頁\總數一百三十一頁\編于十點

2、柴油機不能工作在最低穩定轉速之下（當轉速太低時，柴油機會失火）。對于操縱性要求高，需要動態定位的船舶無法滿足要求（海上鉆井、電纜敷設、海上輸油）。另外在低轉速下也發不出大的扭矩（破冰船），沒有制動功能和迅速正倒車。目前四十六頁\總數一百三十一頁\編于十點

3、主機與推進器剛性連接，制約了機艙優化布置，占據了巨大空間，傳統的舵—螺旋槳的推進效率低于電力推進船舶的吊艙推進器。

以上缺點，正好是電力推進船舶的優點。目前四十七頁\總數一百三十一頁\編于十點目前四十八頁\總數一百三十一頁\編于十點電力推進船舶的優點機動性：巡航時，可以關閉部分或大部分發電機組。操縱性：現代控制器驅動的推進器可以在零轉速附近工作，并具有大扭矩，并有制動功能。柔性布置：可以把推進電機放在艉水下吊艙內和螺旋槳連接，吊艙可以360°旋轉。舒適性：振動、噪聲小、隱蔽性好目前四十九頁\總數一百三十一頁\編于十點電力推進船舶的市場趨勢包括核動力在內的新一代軍用艦船將無一例外地采用電力推進及綜合電力系統。美國會已經通過聽證，同意弗吉尼亞級核潛艇采用綜合電力系統。美海軍部長Danzig說：“Changesinpropulsionsystemsarefundamentalandoffundamentalimportance."Thus,

"wearemovingforwardtoembraceatechnology,electricdrivetechnology,and...theintegratedpowersystemthatcomeswithit,todriveNavyships.Thisisaveryfundamentalstep....We'retakingitbecausewe'vejudgedthatthetechnologyisripeenoughtoreachit...."”目前五十頁\總數一百三十一頁\編于十點油價的高企可能使電力推進迅速用于新的領域將廣泛應用于滾裝船、郵輪、集裝箱船、化學品及LNG船、高速船、離岸工作船（鉆井船）等目前五十一頁\總數一百三十一頁\編于十點在民用船方面，電力推進系統的產值目前仍約占15％左右，約USD800M。但至2013年預測電力推進系統的產值將增長5～6倍，達到USD4bn～5bn，約為現有動力系統總產值的70～80％目前五十二頁\總數一百三十一頁\編于十點盡管如此，船舶電力推進發展的歷史卻頗為曲折。由于結構簡單的交流電機其轉速取決于電網的工作頻率，而變頻問題長期來未能解決。因此幾十年來船舶電力推進只是用在軍艦及特種用途船舶上，而未成為推進動力的主流。目前五十三頁\總數一百三十一頁\編于十點船舶電力推進技術的發展史

人們在200年前發現了電，在150年前發明了發動機，其原理簡單地說來即為電生磁、磁生力。通過磁場的媒介，電能可以轉變為機械能反之亦然。－1795年，富蘭克林發現電流－1800年，伏爾泰發明電池，人類第一次有了可使用的電能目前五十四頁\總數一百三十一頁\編于十點－1831年，法拉第發現電磁感應，打開了電能與機械能的轉換之門－1834年，Davenport發明了第一臺使用電刷及半圓環（機械換流器）的直流電動機，并用伏爾泰電池為電源作了電力機車模型，正是這個模型使卡爾.馬克思欣喜若狂－1882年，愛迪生采用同樣的原理用蒸汽機作為原動機發電，并將直流電用于照明目前五十五頁\總數一百三十一頁\編于十點－1886年，WilliamStanley發明變壓器－1882～1892年，NikolaTelsa發現旋轉磁場原理，發明無刷的交流感應電動機及發電機，并實現了多相功率配送，開始了愛迪生與威斯汀豪斯的交、直流之戰：TheWarofCurrents。最終愛迪生失敗—1900年10月12日，第一艘美海軍潛水艇下水，采用汽油機和電動機驅動，載重64噸，航速6節目前五十六頁\總數一百三十一頁\編于十點

－1911年，第一艘柴油機船下水（二沖程4x250/370）－1913年，第一艘柴油－電力推進船Tynemount下水，1644噸，300HP/400RPM。但因起動負載過大而未成功，1914年改裝，1916年被擊沉于大西洋目前五十七頁\總數一百三十一頁\編于十點－1917年，世界大戰爆發刺激了海軍的發展，期間電力推進在艦船中得到了很快的發展。電力推進的德國潛艇擊沉了共650萬噸商船；美新墨西哥級戰斗艦為蒸汽透平電力推進，功率已達40，000HP－1918年電力在世界的迅速應用，使得列寧說出了“共產主義等于蘇維埃+電氣化”的名言目前五十八頁\總數一百三十一頁\編于十點－1920年，S/SNOMANDY郵輪下水，功率達到29MW，采用蒸汽透平為原動機，以同步發電機及同步電動機組成的電力傳動來帶動螺旋槳。而同期使用電力推進的航空母艦其功率已達到180，000HP

－1934年，第一艘使用變距漿的船只下水。在其專利問世30年以后的這項技術，使交流電機可能用于電力推進。目前五十九頁\總數一百三十一頁\編于十點－第二次世界大戰期間：約有300艘水面艦艇采用電力推進技術。而主要的技術方案或為交流同步電力傳動，或為直流發電、直流電動機驅動。由于其固有缺點，因而限制了其應用。在民用船方面，除了豪華輪及破冰船之外，很少采用。而柴油機潛艇只有采用電力推進，因為在水下航行電池是唯一的能源。在二戰中慘烈的大西洋之戰，德國有千余艘潛艇擊沉。而其水下航速僅6節/小時。此后在軍用方面，1960年美建造了電力推進的Tullibee號核潛艇（1988年退役），1974年建造了Lipscomb號核潛艇。但這些傳統的電力推進裝置維修困難，性能不佳，并不成功。目前六十頁\總數一百三十一頁\編于十點

－1947年，美貝爾實驗室發現半導體。這是二十世紀最偉大的發明之一，以至于我們可以把二十世紀的后五十年稱為硅世紀。期間，半導體的應用向著兩個極端的領域迅猛發展。在微電子方面，大規模集成電路的硅芯片（wafercore）是構成全部的絢爛的信息世界的基礎；而在強電的轉換和傳遞方面，可控硅的應用使大功率電能的電子控制得以實現，產生了一門新的學科PowerElectronics目前六十一頁\總數一百三十一頁\編于十點今天，由于大功率可控硅技術的突破，人們可以用毫安級的微電流來控制幾千安的強大電流，并且在微秒級的時間內使之導通或關閉。利用這些高速的大功率電子開關，人們可以輕易地改變交流電的瞬態波形。包括頻率、電壓和相位。用這樣的變頻器來驅動推進電機，可以滿足任何需要，包括轉速和扭矩。目前六十二頁\總數一百三十一頁\編于十點高溫超導（HTS）技術船舶推進電機通常是和螺旋槳直聯，最大功率已達43,000kW(43MW)。電壓通常為6600伏~11000伏，電流達數千安以上。當強大的電流通過時，即使優良的銅導線也會產生大量的熱，大電流成為電機功率最主要的制約因素，此時只有增加電纜截面積和增加散熱面積。而這將引起電機重量和體積的增大。目前2萬千瓦推進電機的外徑都在3米以上。此外，減少電能與機械能轉換中的損失也一直是技術進步的目標。超導技術的突破可以大大提高傳統電機的性能。這對艦艇尤為重要。目前六十三頁\總數一百三十一頁\編于十點美國AS公司制造的5MW的HTS電機目前六十四頁\總數一百三十一頁\編于十點HTSMotor的優點包括：重量和體積縮小，重量減輕1/3以上。在大功率電機中可減少2/3。銅損和鐵損減小，使效率提高，尤其是在部分負荷時。目前六十五頁\總數一百三十一頁\編于十點永磁（PM：PermanentMagnetic）電機大功率的推進電機也需要強大的磁場，轉動螺旋槳的扭矩正是由磁力所產生。傳統電機中的磁場都是由帶有鐵芯的線圈（繞組）通電后產生的。但是向轉動著的繞組通電是很困難的事。在永磁材料方面的突破，可以輕易地克服這一困難。永磁材料就是一旦充磁后就不會退磁的材料。目前六十六頁\總數一百三十一頁\編于十點永磁材料也可以和其它技術相結合用于船舶電力推進。2003年ABB公布已經可以生產5000kW的吊艙永磁電機。在海軍正在建造的高溫超導體電機中很多都同時采用了永磁材料。2002年西南交大成功研制了磁懸浮永磁、高溫超導機車。目前六十七頁\總數一百三十一頁\編于十點永磁電機的優點：轉子無鐵芯，轉動慣量小，響應快；無電刷即集流環。目前六十八頁\總數一百三十一頁\編于十點吊艙推進技術的發展

（PoddedPropulsion）目前六十九頁\總數一百三十一頁\編于十點Pod指吊于船外的水下艙室，室內有推進電機，通過軸系及推進軸承和推進器，電機與母船只有動力電纜及通信電纜相連接。FixPod與Azipod：Azipod指可沿Z軸360o旋轉動的吊艙，其中Azi－指Azimurth。Azimurth傳動過去由錐齒輪系組成的Z－drive實現，后來又用于側推器（Thruster）。在九十年代中期ABB率先將Azimurth概念用于主電力推進。其后又提出了對向反轉吊艙推進裝置的概念。目前七十頁\總數一百三十一頁\編于十點生產吊艙系統的著名公司：

ABBIndustry（Azipod）Rolls-Royce（Mermaid）Schottel-Siemens（SSP）JohnCranelips（Dolphin）目前七十一頁\總數一百三十一頁\編于十點目前七十二頁\總數一百三十一頁\編于十點目前七十三頁\總數一百三十一頁\編于十點目前七十四頁\總數一百三十一頁\編于十點目前七十五頁\總數一百三十一頁\編于十點目前七十六頁\總數一百三十一頁\編于十點目前七十七頁\總數一百三十一頁\編于十點目前七十八頁\總數一百三十一頁\編于十點目前七十九頁\總數一百三十一頁\編于十點Azipod技術充分發揮了電力推進系統的優勢，因此幾年來得到了飛速的發展。吊艙的結構如圖所示。目前八十頁\總數一百三十一頁\編于十點超導磁流體推進技術對于海上交通運輸，人們日益關注其對全球環境的影響、運輸的效率、速度和旅途的舒適性等。然而，現有的螺旋槳推進船舶由于技術局限性，無法實現真正安靜型高速航行，很難滿足人們日益提高的要求。作為船舶推進新技術之一的超導磁流體船舶推進是將電能直接轉換成海水動能推動船舶前進。由于推進系統中沒有高速旋轉部件，消除了傳統螺旋槳推進的“空泡”現象和傳動機構產生的振動和噪聲，能實現真正安靜型高速航行。該項技術已引起造船界的關注，被認為是二十一世紀船舶推進技術的發展新方向，其實用化將引起船舶推進的重大變革，對高速艦船、遠洋輪、破冰船和軍事用途艦艇都有重大的實用意義。目前八十一頁\總數一百三十一頁\編于十點磁流體推進技術的基本原理由于海水是導電流體，給推進器管道中的海水施加一個磁場和一個與磁場正交的電場，管道中的海水就會受到一個與電場和磁場垂直的電磁力（洛淪茲力）的作用。當這個力的方向沿著船尾方向時，海水將向船尾方向運動，同時，海水的運動給船體一個反作用力，使船體向前運動。目前八十二頁\總數一百三十一頁\編于十點超導磁流體推進技術的特點1）.安靜。由于超導磁流體推進取消了常規的螺旋槳、噴水推進、泵噴等轉動機構，因而可大大降低由轉動機構引起的噪聲和振動。尤其在高速船舶中，螺旋槳推進不可避免地會產生空泡。空泡的產生不僅會引起船舶的振動，產生噪聲，而且嚴重影響螺旋槳的推進效率，縮短使用壽命。而超導磁流體推進將不受此種危害，使艦船真正實現安靜航行。（所謂螺旋槳的空泡現象是指：螺旋槳在水中工作時，槳葉的葉背壓力降低形成吸力面，若某處的壓力降低至臨界值以下時，導致爆發式的氣化，水汽通過界面，進入氣核并使之膨脹，形成氣泡，稱為空泡。）2）.高速。由于超導磁流體推進的動力輸出裝置，如磁體、電極等都是相對靜止的，這樣就可大大提高船舶主機的功率級，不再受轉動機械的功率限制，從而可制造出超大功率的高航速艦船。3）.布置靈活。由于超導磁流體推進器的一切設備無固定地安裝在機艙內某個位置的要求，因此可以在艦船的設計中有效地利用艙室空間，供給設備安裝的靈活性。4）.操縱性好。通過改變磁流體推進器中電極的極性或電流的大小即可改變推力的方向或推力的大小，而改變電極的極性或電流的大小較機械逆轉或變速更容易實現，并容易做到平滑調速，從而提高了艦船的靈活性，改善了艦船的操縱性能。此外，使用磁流體推進還有一個重要的優點，即可能利用磁流體推進器產生的強大水動力發射水下武器（魚雷和導彈），這樣不僅省去了傳統的魚雷發射裝置，而且也避免了傳統水下發射時存在的巨大噪聲。目前八十三頁\總數一百三十一頁\編于十點超導磁流體推進器的組成及結構形式超導磁流體推進器主要由超導磁體、通道、電極以及電源和控制測量系統等組成。其中，超導磁體為推進器提供所要求的磁場；通道是指由電極和絕緣壁組成并承受電磁力的推進器筒體，電極給推進器提供電場，一般選用具有良好電化學性能的材料（如金屬氧化物DSA、鍍鉑或鈦等）制成。目前，磁流體推進器主要有線型通道磁流體推進器，螺旋型通道磁流體推進器和環形通道磁流體推進器三種基本結構形式。目前八十四頁\總數一百三十一頁\編于十點線型通道磁流體推進器

線型通道磁流體推進器的通道是直線形，管道的截面一般為矩形、圓形和環形。它的磁體一般是由鞍型線圈繞制的二極或四極磁體。這種推進器的通道結構簡單，海水阻力小，水動力功率轉換效率高。它的磁場方向與電流方向垂直，同時推進器中電磁力的作用方向與流體流動方向一致，因此，其磁場強度利用率高，電磁功率轉換效率高。不足之處是鞍形磁體的結構復雜，加工工藝和技術要求高。

目前八十五頁\總數一百三十一頁\編于十點螺旋型通道磁流體推進器

螺旋型通道磁流體推進器磁體內部安裝一對圓筒形電極，其中一個為內電極，另一個為外電極。兩電極之間設置由非導磁的絕緣材料制成的螺旋壁，電極與螺旋壁形成螺旋型通道，在通道的進口處設置有導流器，將海水的軸向流動轉換成螺旋運動，在通道的出口處設置有整流器，以將海水的螺旋運動轉換成軸向運動。在螺旋型通道推進器中采用了螺管超導磁體，和鞍型超導磁體相比，螺管超導磁體具有結構簡單，磁場強度高等優點。如采用多螺管組合式布置，這種結構形式的推進器在效率、磁場、磁體結構等方面都有其潛在優勢目前八十六頁\總數一百三十一頁\編于十點環型通道磁流體推進器

環型通道磁流體推進器的通道為圓環形，這種推進器一般布置在潛艇的殼體上，它不僅可安裝成單段結構，也可以分散安置成兩段或更多段的結構，它與總長相等、輸入功率相當的其它形式的磁流體推進器相比，不僅克服了由于磁體及通道太長而導致推進器結構復雜和制造工藝困難等問題，而且還能使它的推力和效率有所提高。另外，這種推進器形式可以節約潛艇的內部空間。目前八十七頁\總數一百三十一頁\編于十點超導磁流體推進技術的發展1961年，美國人賴斯提出磁流體推進系統的設想；1963年，多拉格提出“直流內磁式超導磁流體”推進器，這種方案與賴斯最早的設想區別在于磁體磁場對海水作用的電磁力區域處于推進器內部而非其外。在隨后的10多年間，人們設計和制作了多種磁流體推進系統，但由于當時超導技術不夠成熟，只能采用常規磁體（磁場強度較低）進行試驗，磁流體推進的研究主要停留在原理階段。80年代后，船舶磁流體推進的研究逐步向實用化階段邁進。美國、日本、俄羅斯和中國等相繼開展了一系列超導磁流體推進關鍵技術及實用化研究，包括高場強超導磁體和磁流體推進器的結構形式及其最佳設計計算方法，性能分析，試驗裝置及方法，物理和化學現象，推進器的輔助和控制設備以及最佳船型的設計等等。目前八十八頁\總數一百三十一頁\編于十點美國美國磁流體推進研究的目標是QT磁流體推進技術。主要研究單位有：美國海軍水下系統中心，戴維泰勒艦船研究發展中心，阿貢國家實驗室，阿夫可公司。他們在推進器的結構形式，推進通道內部流場特性等方面進行了大量的理論分析和試驗研究。提出了鞍型磁體直線通道和D型磁體環形通道兩種不同結構形式的磁流體推進器。并針對洛杉磯號攻擊型核QT進行了QT的磁流體推進的概念設計。其結果表明，當磁場強度為6特斯拉，航速為30節時，通過合理地選取推進器的形狀和電場數據，電磁推進效率可達到40%（如圖5所示）。同時，在阿貢國家實驗室和美國海軍水下作戰中心各建有一套大型的超導磁流體推進器的試驗裝置，用于研究推進器性能，如壓力增加效率與磁場強度、電極電壓、電導率、通道流速、環境壓力等相互關系。同時，進行了電極性能及材料，磁流體推進器與機械泵振動的對比試驗及聲學特性的研究等。目前的研究工作據說已進入秘密研究階段，進展詳情不知。目前八十九頁\總數一百三十一頁\編于十點美國磁流體推進QT概念設計目前九十頁\總數一百三十一頁\編于十點俄羅斯俄羅斯在上世紀70年代，前蘇聯科學院高溫物理研究所、卡爾波夫物理化學研究所等單位開展了QT磁流體推進的研究，研制出5.8特斯拉、φ150′800毫米的超導螺旋型磁流體推進器通道模型，進行了壓力分布、電極壓降、磁流體性能的分析和試驗，并在此基礎上，進行了7特斯拉、φ1000′2200毫米的超導螺旋型磁流體推進器及其推進的QT概念設計計算；此外，還進行了電極的腐蝕機理及其試驗研究。目前九十一頁\總數一百三十一頁\編于十點俄羅斯磁流體推進回路試驗裝置目前九十二頁\總數一百三十一頁\編于十點日本日本鑒于具有超導磁流體推進船模的理論和試驗研究基礎，具有大型超導磁體的制造能力。在1985年，日本成立了“超導電磁推進船的開發研究委員會”，決定建立超導電磁推進船，即超導磁流體推進試驗船，并以實際海域航行試驗為目的，從而開始了磁流體推進在船舶實用化的研究。研究的主要內容包括：磁流體推進器和船的結構型式及最佳配合，超導磁體的強磁場和輕量化及其可靠性，電極材料及其電化學性能，磁流體推進器及其動力，制冷和控制設備的合理布局，船舶的航行及操縱性能，等等。經過理論分析計算和模型試驗，于1992年研制出“大和一號”試驗船，該船總長為30米，排水量為185噸，設計航速為8節，采用直流內磁式推進器，并在海上進行自航試驗。在試驗中，進行了航速試驗、操舵試驗、回旋試驗等，獲得了相當的成功。它標志著世界上第一艘超導磁流體推進船的誕生。目前九十三頁\總數一百三十一頁\編于十點日本“大和一號”目前九十四頁\總數一百三十一頁\編于十點我國磁流體推進技術的研究我國于70年代開展了對磁流體推進技術的研究。七〇二所曾經研究過常規導體的磁流體推進技術，但由于常規導體產生的磁場強度較弱，回轉體水下模型的外磁式磁流體推進自航試驗結果表明，其推進效率極低。它是我國進行磁流體推進技術研究的開端。作為國家研究發展項目，磁流體推進技術在1992年開始得到中科院的支持，列入中科院“八五”重點攻關項目，在電工所進行基礎研究，成功地研制了永磁磁體的磁流體推進QT模型，并進行了演示試驗。在“九五”期間，中科院電工所在863計劃的支持下，進行了超導磁流體推進技術的研究，已建成了較為完整的超導磁流體船舶推進實驗室，包括鹽水循環試驗系統，航行試驗池以及計算機數據采集和處理系統、激光測速系統等；建立了一套磁流體船舶推進的數學分析方法和計算模型及相應的數據庫。目前九十五頁\總數一百三十一頁\編于十點超導磁流體推進器回路試驗裝置的研制其目的是研究影響螺旋型通道推進器性能的各種損失因素以及各種性能參數之間的關系，驗證螺旋型通道推進器性能預測和設計的理論分析方法，同時，建立螺旋型通道推進器設計和計算時與機械損失相關的數據庫。超導磁流體推進試驗裝置由循環海水試驗主回路，輔助回路，超導磁體及低溫系統、數據測量及計算機采集系統等組成。其中主回路包括可拆卸的螺旋型通道試驗段、５T超導磁體、便于觀察氣泡的透明段、氣體分離器、帶變頻調速的循環泵以及不銹鋼的聯接管件，輔助回路的目的是將主回路海水（鹽水）泵入貯罐中，以便多次使用，并能清除主回路的沉淀物。試驗中各物理量通過傳感器轉換成模擬信號，進入計算機的數據采集系統，從而實現試驗過程的數據實時顯示、存盤和監控，大大方便了試驗操作，提高了試驗數據的準確性和精度，同時也使實驗數據庫的建立和后期分析變得可能。目前九十六頁\總數一百三十一頁\編于十點超導磁流體推進試驗裝置目前九十七頁\總數一百三十一頁\編于十點磁流體推進發展在超導磁流體推進器中，船舶的推力是由電磁力產生，為了獲得大的推力和高的效率，就要求提供高的磁場。初步的理論分析表明，當磁場強度為10特斯拉以上，磁流體船舶推進將具有實用價值。在以往的研究中，更多的研究工作主要集中在直線通道鞍形磁體推進器的研究和試驗。由于鞍形磁體結構復雜，加工工藝要求高，目前的水平很難制造出適用于磁流體船舶推進使用的場強高，尺寸大，重量輕的鞍形超導磁體。因此，試驗研究的推進器幾何尺寸和磁場強度均處于較低的水平，推進器的效率和推力很難達到實用。目前九十八頁\總數一百三十一頁\編于十點中日高場強磁流體推進器的試驗研究多年來，中科院電工所主要從事螺管磁體螺旋型通道推進器的研究，在理論分析和試驗研究方面積累了豐富的經驗。相對而言，高場強，大溫孔的螺管磁體的制造更為現實。經中國科學院電工研究所的提議，得到日本神戶商船大學和日本國立材料科學研究所的響應，兩國三方的科研人員于1999年8月——9月在日本筑波首次完成了14特斯拉高場強條件下的螺旋型通道磁流體船舶推進器的合作試驗研究。試驗結果表明，其性能指標較“HEMS－1”試驗船及日本研制的“大和一號”試驗船提高了一個數量級。這是世界上首次進行的高場強情況下的磁流體推進器的試驗研究，中科院電工所承擔了試驗核心部件?磁流體推進器的研制工作，研制和試驗中解決了一系列重要技術問題，當電流密度為1000安培/平方米，推進器電效率為22%，比“大和一號”提高了近10倍，電磁力密度約為10000牛頓/平方米，比“大和一號”高出一個數量級。這次試驗的成功，不僅獲得了頗有價值的實驗數據，而且顯示了我國已具備進行大型船舶的磁流體推進系統概念設計的能力和必要的技術基礎，也確立了我國在該領域的國際先進地位。目前九十九頁\總數一百三十一頁\編于十點磁流體推進的展望超導磁流體推進技術是一項涉及電磁學、流體力學、電化學等多學科，并且綜合性很強的高技術。該技術難度很大，需要解決的問題很多，有些問題已經解決，有些問題正在研究，但還有些問題有待未來高新技術，尤其是超導材料及磁體技術的解決。近幾年來，磁流體推進技術在其他領域的應用研究也得到擴展，如微流體泵，人工心臟輔助裝置，超音速飛機、海水流動控制以及油污海水的分離回收等技術的研究。可以預言，隨著科學的發展、技術的進步、新材料和新工藝的出現，超導磁流體推進技術將在不遠的將來得到更大的發展，并走向實用化。目前一百頁\總數一百三十一頁\編于十點面臨的挑戰船舶動力裝置所面臨的挑戰：1、安全Safety船舶及其貨值愈益昂貴，常以10億元計；出現事故時伴隨著重大污染；船員數量減少，現場處理幾乎不可能。解決方案Solutions：（1）駕駛遙控，無人值班機艙。（2）智能化的監控系統及故障診斷。（3）故障出現后的自我保護。目前一百零一頁\總數一百三十一頁\編于十點2、節能EngineSaving化石燃料的供應，全球性不足的時代已經來臨。全球油價高企，燃料成本已經超過全部開銷的30%。解決方案Solutions：（1）船舶大型化；根據船舶的用途，采用先進的船舶動力系統。（2）科學用能：船舶是一個獨立的能島，要建立科學的能量管理系統，以杜絕浪費。例如要杜絕以電供熱，以電致冷。目前一百零二頁\總數一百三十一頁\編于十點3、環保人類正在面臨全球氣候突變的威脅。CO2的過量排放，溫室效應，全球變暖，是罪魁禍首。中國每年排放40億噸CO2，僅次于美國。京都議定書要求各國降低CO2排放。NOx及SOx都是化石燃料燃燒的產物，會引起酸雨、光化學煙霧等后果，國際公約對其排放均有要求。

目前一百零三頁\總數一百三十一頁\編于十點動力系統自動化相關技術的發展ECU的發展ECU開發技術的發展目前一百零四頁\總數一百三十一頁\編于十點柴油機電控單元研究發展電控單元的研究取得的飛速進步，主要得益于電子控制行業的迅速發展和各種現代控制技術在柴油機領域的應用。為了滿足各個方面的性能要求，電控技術已經滲透到柴油機的各個部分，采用了許多新的控制技術。現在，柴油機電子控制的內容已由當初的燃油系統單一控制逐步發展到包括發動機各個系統控制、故障診斷、實時管理等功能在內的綜合管理系統，各種先進的電子控制技術在電控單元中得到了越來越廣泛的應用目前一百零五頁\總數一百三十一頁\編于十點控制理論在電控單元研究中的應用發動機電子控制使用的控制方法從早期的經典控制理論的PID算法逐步發展到優化控制、自適應控制、模糊控制、神經網絡控制以及預測控制等多種現代控制理論。現代控制理論的引入使得電控系統更能適應柴油機這一類復雜多變量系統，時變系統和非線性系統，此外，現代控制理論與不斷進步的新型電控器件相結合，使柴油機電控技術在進入實用化方面不斷取得新的突破。目前一百零六頁\總數一百三十一頁\編于十點自適應控制和魯棒控制內燃機的自適應控制系統首先由Draper和Li在1951年提出，他們介紹了一種能使性能特性不確定的內燃機達到最優性能的控制系統。基于模型的自適應控制技術逐漸應用于發動機控制以提高精度，其主要運用范圍是發動機的穩態工況。由于動態工況下參數變化快、自適應算法收斂速度限制和控制器計算速度限制等因素，在動態工況下應用存在著不足。目前一百零七頁\總數一百三十一頁\編于十點神經網絡和模糊控制柴油機是一種多輸入、多輸出的非線性控制系統，難以用經典的控制方法來滿足控制設計要求。隨著控制理論的發展，各種新穎的控制方法正在逐步取代經典的控制方法，并在實際中得到推廣，如神經網絡和模糊控制等方法。目前一百零八頁\總數一百三十一頁\編于十點神經網絡和模糊控制神經網絡本質上是并行結構的非線性系統，這給發動機非線性控制系統的描述帶來了一種新的數學模型；神經網絡是一個多輸入輸出系統，在信息綜合、信息互補與冗余等方面有較強的能力，而且在多變量、大系統與復雜系統的控制方案設計上有很明顯的優勢。目前一百零九頁\總數一百三十一頁\編于十點神經網絡和模糊控制模糊理論與神經網絡有共同之處，如均為并行處理結構、都具有非線性映射能力。模糊神經網絡是近年來智能控制領域的熱點，它既具有模糊系統的便于理解，可以表達人的經驗模糊等特點，又有神經網絡的并行處理功能、容錯能力、強大的自組織、自學習能力。目前一百一十頁\總數一百三十一頁\編于十點神經網絡和模糊控制在國外，日本豐田公司較早將神經網絡應用于控制，并提出了“智能發動機”的概念。同時還進行了應用神經網絡技術控制發動機的試驗。另外，M.Michael等開發了一個神經控制器，實現汽車燃油噴射系統的空燃比的實時自適應控制；LenzU等利用神經網絡方法提出了一種高精度控制燃燒室內空燃比的火花點燃式發動機燃燒控制對策。目前一百一十一頁\總數一百三十一頁\編于十點神經網絡和模糊控制神經網絡和模糊控制的特點是其本質為并行結構，這種特點決定了其計算速度取決于控制器的結構形式。目前，并行計算芯片還處在研究階段，遠未進入控制器領域，這使得理論上計算速度很快的模糊神經網絡算法在實際的處理器上速度慢、資源占用量大，實時性差。此外，兩者數學基礎均不完善，對系統穩定性、動態特性等性能分析都無確定的準則和方法目前一百一十二頁\總數一百三十一頁\編于十點反饋線性化等非線性反饋技術20世紀非線性控制理論的突破性進展發端于20世紀70年代初期。隨著微分幾何理論和微分代數方法的引入，使得非線性系統控制理論及其應用有了一個巨大飛躍。非線性系統的幾何理論在20世紀80年代己經初步形成了自己的完整體系，基于微分幾何的非線性系統控制理論的出現，也極大地促進了非線性系統魯棒控制理論的研究。目前一百一十三頁\總數一百三十一頁\編于十點發動機管理系統的功能發展隨著電子計算機技術和控制技術的快速發展，車輛發動機電控的功能由最初的燃油噴射系統電控逐步發展到集噴油電控、增壓電控、怠速電控、進氣渦流控制、電控風扇驅動、怠速穩定控制、EGR控制、冷啟動電控、柴油機電控液壓啟動系統、冷卻控制、故障診斷為一體的發動機綜合電子控制裝置。發動機電子控制逐步形成了包括控制、處理、故障診斷和實時管理的發動機綜合管理系統目前一百一十四頁\總數一百三十一頁\編于十點發動機管理系統的功能發展國外新開發的電控柴油機上都具備監控診斷功能。這已成為現代發動機的一個重要特征。例如，美國CUMMINS公司采用CELECT和CENTRY發動機電子管理系統對發動機進行全面控制和管理。有些電控系統還包括了對機外排放的控制、安全性控制、以及與其它電控系統的信息通訊等等。如：電控柴油機微粒袋濾系統、壁流式微粒過濾器電加熱再生控制系統、電控牽引力控制系統等等。目前一百一十五頁\總數一百三十一頁\編于十點電控發動機故障自診斷功能現代發動機的電子控制系統復雜程度逐步增加，故障診斷功能也被包含進電控系統當中，這不僅要求故障系統對發動機的工作特性進行檢測，還要求ECU具有故障自診斷功能以監測電子控制系統各部分的工作狀況，如：傳感器的故障診斷、執行器的故障診斷和配線電路的故障診斷等等。目前一百一十六頁\總數一百三十一頁\編于十點電控發動機故障自診斷功能1988年，美國汽車工程師協會（SAE）、美國環保署（EPA）、加州空氣資源委員會（CARB）協同提出了OBD-I隨車診斷系統，其目的是加快燃油噴射系統的維修速度，提高其維修質量，以降低汽車的廢氣排放。OBD-I系統能夠實時監視控制模塊、與控制模塊相連的各傳感器、燃油表系統以及廢氣再循環系統等等。1993年，美國環保署頒布了OBD-II的規定，一些1994年出廠的輕型車上開始配備OBD-II隨車診斷系統。目前已推出了OBD-III型系統。目前一百一十七頁\總數一百三十一頁\編于十點現場總線技術當前，出現了多種現場總線：基金會總線LonWorksProfibusHARTCAN目前一百一十八頁\總數一百三十一頁\編于十點現場總線技術CAN即控制局域網絡，最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內部測量與執行部件間的數據通信。由于其高性能、高可靠性及獨特的設計，CAN越來越受到人們的重視。世界上一些著名的汽車制造廠商，如BENZ、BMW、PORSCHE、ROLLS-ROYCE和JAGU都已開始采用CAN總線來實現汽車內部控制系統與各檢測和執行機構間的數據通信。目前一百一十九頁\總數一百三十一頁\編于十點傳感器技術近年來，隨著控制技術、計算機技術和寬帶網絡技術的快速發展，多傳感器系統得到了越來越多的應用，這對傳感器提出了更高的要求，即準確度高，可靠性好，易于組網，并具有信息處理和自檢等智力功能。隨著新材料及新技術的應用，電控系統要求傳感器集成化和智能化。實現智能化的傳感器具有信號放大、處理功能，各種補償功能，以及自診斷功能，其智能部分還應具有編碼和譯碼的能力。目前一百二十頁\總數一百三十一頁\編于十點傳感器技術網絡化智能傳感器是以嵌入式技術為核心，集成了傳感單元、信號處理單元和網絡接口單元的新一代傳感器。處理器的引入使傳感器成為硬件和軟件的結合體，能根據輸入信號值進行一定程度的判斷和制定決策，實現自校正和自保護功能。非線性補償、零點漂移和溫度補償等軟件技術的應用，則使傳感器具有很高的線性度和測量精度。網絡接口技術的應用使傳感器能方便地接入網絡。目前一百二十一頁\總數一百三十一頁\編于十點計算機硬件的發展電控單元（ECU）是柴油機電控系統的核心，其硬件就是微處理器。目前，在發動機電控單元中除了常用的8位和16位的微處理器外，32位特別是64位微處理器已逐步開始使用，而且，專用的汽車微機也已研制出來。當前ECU發展的總趨勢是從單系統單機控制向多系統集中控制過渡，汽車電控系統將采用計算機網絡技術，把發動機電控系統、車身電控系統、底盤電控系統及信息與通信系統等各個系統的ECU相聯接，形成機內分布式計算機網絡。目前一百二十二頁\總數一百三十一頁\編于十點電控系統開發工具與設計方法的發展計算機仿真技術的應用實時操作系統的應用計算機輔助控制系統設計（CACSD）技術目前一百二十三頁\總數一百三十一頁\編于十點計算機仿真技術的應用發動機電子控制技術是改善發動機性能有力