動力系統(tǒng)自動化相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展第1頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月動力系統(tǒng)自動化相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展自動化、動力系統(tǒng)、設(shè)計技術(shù)第2頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

自動控制技術(shù)的發(fā)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(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）自動地按預(yù)定的規(guī)律運行。機械化→電氣化時代→自動化、信息化、智能化第3頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月公元前1400－1100年，中國、埃及和巴比倫相繼出現(xiàn)自動計時漏壺，人類產(chǎn)生了最早期的控制思想。第4頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月公元前300年秦昭王時，由李冰父子主持設(shè)計修筑的著名水利工程都江堰，是一種液面控制，是“系統(tǒng)”觀念的杰出體現(xiàn)。第5頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月公元100年，亞歷山大的希羅發(fā)明開閉廟門和分發(fā)圣水的自動計時裝置。第6頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月公元132年，中國科學(xué)家張衡（公元78~139）發(fā)明水運渾象，研制出自動測量地震的候風(fēng)地動儀。第7頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月公元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）第8頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月公元1788年，英國人J.Watt用離心式調(diào)速器控制蒸汽機的速度，由此產(chǎn)生了第一次工業(yè)革命。第9頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月維納，MIT教授，曾于1936年到清華大學(xué)任訪問教授。早期進行模擬計算機研究，二戰(zhàn)期間參與火炮控制研究，提煉出負(fù)反饋概念。

1948年，維納所著《控制論》的出版，標(biāo)志著這門學(xué)科的正式誕生。控制論的奠基人美國科學(xué)家維納（Wiener,N.，1894~1964）第10頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

1954年，我國科學(xué)家錢學(xué)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(shù)領(lǐng)域。“工程控制論是關(guān)于工程技術(shù)領(lǐng)域各個系統(tǒng)自動控制和自動調(diào)節(jié)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(shù)學(xué)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(shù)學(xué)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(xué)森則集中兩者優(yōu)勢于一身，高超地將兩只輪子裝到一輛戰(zhàn)車上，碾出了工程控制論研究的一條新途徑。”第11頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)自動控制理論的內(nèi)容和發(fā)展的不同階段，控制理論可分為“經(jīng)典控制理論”和“現(xiàn)代控制理論”兩大部分。

“經(jīng)典控制理論”的內(nèi)容是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，以頻率法和根軌跡法作為分析和綜合系統(tǒng)基本方法，主要研究單輸入，單輸出這類控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題。第12頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月“現(xiàn)代控制理論”是在“經(jīng)典控制理論”的基礎(chǔ)上，于60年代以后發(fā)展起來的。它的主要內(nèi)容是以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ)，研究多輸入，多輸出、時變參數(shù)、分布參數(shù)、隨機參數(shù)、非線性等控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題。最優(yōu)控制、最優(yōu)濾波、系統(tǒng)辨識、自適應(yīng)控制等理論都是這一領(lǐng)域重要的研究課題，近代計算機技術(shù)和現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)的結(jié)合，又使現(xiàn)代控制理論在大系統(tǒng)理論和模仿人類智能活動的人工智能控制等諸多領(lǐng)域有了重大發(fā)展。

第13頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

1、經(jīng)典控制理論

40~50年代形成SISO系統(tǒng)基于：二戰(zhàn)軍工技術(shù)目標(biāo)：反饋控制系統(tǒng)的鎮(zhèn)定基本方法：傳遞函數(shù)，PID調(diào)節(jié)器(頻域)2、現(xiàn)代控制理論

60~70年代形成MIMO系統(tǒng)基于：冷戰(zhàn)時期空間技術(shù)，計算機技術(shù)目標(biāo)：最優(yōu)控制 基本方法：狀態(tài)方程

（時域）

控制理論的發(fā)展第14頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月3、智能控制技術(shù)

90年代開始發(fā)展專家系統(tǒng)模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)4、正在發(fā)展的各個領(lǐng)域

自適應(yīng)控制大系統(tǒng)理論

H∞魯棒控制非線性控制（微分幾何，混沌，變結(jié)構(gòu)）第15頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

第一顆人造衛(wèi)星（蘇聯(lián)，1957年）第16頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

第一顆載人飛船（蘇聯(lián)，1961年）第17頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

人類首次登上月球（美國，1969年）第18頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

首架航天飛機（美國，1981年）第19頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

首次沖出太陽系（美國，1989年）第20頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

仿人機器人（日本，2001年）第21頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

神州五號載人航天成功（中國，2003年）第22頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

勇氣號、機遇號火星探測器（美國，2004年）第23頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

土衛(wèi)六探測器（歐盟，2005年）第24頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月“作為技術(shù)科學(xué)的控制論，對工程技術(shù)、生物和生命現(xiàn)象的研究和經(jīng)濟科學(xué)，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(xué)理論的角度來看，二十世紀(jì)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?yōu)槿椏茖W(xué)革命，是人類認(rèn)識客觀世界的三大飛躍。”——錢學(xué)森第25頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月動力系統(tǒng)的發(fā)展（船用動力）第26頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

1893至1897年期間，在德國的奧古斯堡MAN制造廠開發(fā)出了第一臺可以應(yīng)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

第27頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月在此后20余年的競爭中，隨著二次世界大戰(zhàn)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(lǐng)域中渦輪機及噴氣機的崛起，則使星型航空發(fā)動機在飛行動力中被淘汰。第28頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月在數(shù)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(fā)達國家的制造商。今天90%以上的遠(yuǎn)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(chǎn)他們的產(chǎn)品第29頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月在韓國生產(chǎn)的MANB&WS90第30頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月——特別是集裝箱船,不僅裝箱數(shù)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第31頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月TheHamburgExpress，theworld'slargestcontainership，carriesuptoTEU7500，poweredbyahuge12K98MC，70,000kWDieselEngine第32頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月—遠(yuǎn)洋輪的需求導(dǎo)致低速柴油機巨人的出現(xiàn)由于螺旋槳轉(zhuǎn)速低時，效率較高，而較低的轉(zhuǎn)速也有利于燃料的燃燒。因此出現(xiàn)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(fā)動機，廣泛地用于遠(yuǎn)洋船舶。第33頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月——軍事上的需求導(dǎo)致了增壓技術(shù)的發(fā)展：在有限的空間和重量下發(fā)出最大功率早期的柴油機都是自然吸氣的，在發(fā)動機氣缸內(nèi)，有限的空氣只能燃燒有限的油，從而只能發(fā)出有限的功率。第34頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月增壓(Supercharging)是指把空氣壓縮，密度增大后再進入發(fā)動機氣缸。如此，氣多、油多，功率自然增加增壓技術(shù)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(jīng)絕跡第35頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月燃燒的技術(shù)是柴油機最重要的核心技術(shù)——燃燒必須及時，并在以毫秒計的時間內(nèi)結(jié)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(rèn)識并未窮盡，對于燃燒的控制也遠(yuǎn)未達到完善第37頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月能源危機與重油的應(yīng)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(zhì)的燃料油(FuelOil)，柴油(DieselOil)和燃料油的價格相差一倍以上。這就導(dǎo)致了重油技術(shù)的誕生，今天這一技術(shù)已經(jīng)從低速機普及到中速機。第38頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月船用柴油機技術(shù)現(xiàn)狀自從柴油機誕生以來，技術(shù)性能已經(jīng)發(fā)生了極大的變化：——效率已經(jīng)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(xiàn)在可以產(chǎn)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(xiàn)在可以產(chǎn)生四倍的馬力第39頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月新的技術(shù)和方法高新技術(shù)正在改變著傳統(tǒng)柴油機的面貌。電子控制及IT技術(shù)——常規(guī)的機械控制裝置被取代——各種芯片、傳感器、控制器、執(zhí)行器成為發(fā)動機運行的靈魂——遙控、無人機艙、一人船橋（OneManBridge）

第40頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第41頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第42頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月——智能發(fā)動機及中央能量管理系統(tǒng)（IntelligentEngine）——新的世紀(jì)：電子控制的智能發(fā)動機的時代已經(jīng)來臨，MAN的智能發(fā)動機2000年11月已經(jīng)在挪威的一艘37500dwt化學(xué)品船上試用第43頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月船舶電力推進技術(shù)的歷史與發(fā)展第44頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月傳統(tǒng)的船舶動力系統(tǒng)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(dāng)工作在低速時，柴油機的效率迅速降低。原動機負(fù)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。第45頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、柴油機不能工作在最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速之下（當(dāng)轉(zhuǎn)速太低時，柴油機會失火）。對于操縱性要求高，需要動態(tài)定位的船舶無法滿足要求（海上鉆井、電纜敷設(shè)、海上輸油）。另外在低轉(zhuǎn)速下也發(fā)不出大的扭矩（破冰船），沒有制動功能和迅速正倒車。第46頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

3、主機與推進器剛性連接，制約了機艙優(yōu)化布置，占據(jù)了巨大空間，傳統(tǒng)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(yōu)點。第47頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第48頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月電力推進船舶的優(yōu)點機動性：巡航時，可以關(guān)閉部分或大部分發(fā)電機組。操縱性：現(xiàn)代控制器驅(qū)動的推進器可以在零轉(zhuǎn)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(nèi)和螺旋槳連接，吊艙可以360°旋轉(zhuǎn)。舒適性：振動、噪聲小、隱蔽性好第49頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月電力推進船舶的市場趨勢包括核動力在內(nèi)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(tǒng)。美國會已經(jīng)通過聽證，同意弗吉尼亞級核潛艇采用綜合電力系統(tǒng)。美海軍部長Danzig說：“Changesinpropulsionsystemsarefundamentalandoffundamentalimportance."Thus,"wearemovingforwardtoembraceatechnology,electricdrivetechnology,and...theintegratedpowersystemthatcomeswithit,todriveNavyships.Thisisaveryfundamentalstep....We'retakingitbecausewe'vejudgedthatthetechnologyisripeenoughtoreachit...."”第50頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月油價的高企可能使電力推進迅速用于新的領(lǐng)域?qū)V泛應(yīng)用于滾裝船、郵輪、集裝箱船、化學(xué)品及LNG船、高速船、離岸工作船（鉆井船）等第51頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月在民用船方面，電力推進系統(tǒng)的產(chǎn)值目前仍約占15％左右，約USD800M。但至2013年預(yù)測電力推進系統(tǒng)的產(chǎn)值將增長5～6倍，達到USD4bn～5bn，約為現(xiàn)有動力系統(tǒng)總產(chǎn)值的70～80％第52頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月盡管如此，船舶電力推進發(fā)展的歷史卻頗為曲折。由于結(jié)構(gòu)簡單的交流電機其轉(zhuǎn)速取決于電網(wǎng)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。第53頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月船舶電力推進技術(shù)的發(fā)展史

人們在200年前發(fā)現(xiàn)了電，在150年前發(fā)明了發(fā)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(zhuǎn)變?yōu)闄C械能反之亦然。－1795年，富蘭克林發(fā)現(xiàn)電流－1800年，伏爾泰發(fā)明電池，人類第一次有了可使用的電能第54頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月－1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)，打開了電能與機械能的轉(zhuǎn)換之門－1834年，Davenport發(fā)明了第一臺使用電刷及半圓環(huán)（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(fā)電，并將直流電用于照明第55頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月－1886年，WilliamStanley發(fā)明變壓器－1882～1892年，NikolaTelsa發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場原理，發(fā)明無刷的交流感應(yīng)電動機及發(fā)電機，并實現(xiàn)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(zhàn)：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(qū)動，載重64噸，航速6節(jié)第56頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

－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(fù)載過大而未成功，1914年改裝，1916年被擊沉于大西洋第57頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月－1917年，世界大戰(zhàn)爆發(fā)刺激了海軍的發(fā)展，期間電力推進在艦船中得到了很快的發(fā)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(zhàn)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(yīng)用，使得列寧說出了“共產(chǎn)主義等于蘇維埃+電氣化”的名言第58頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月－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(fā)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(shù)，使交流電機可能用于電力推進。第59頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月－第二次世界大戰(zhàn)期間：約有300艘水面艦艇采用電力推進技術(shù)。而主要的技術(shù)方案或為交流同步電力傳動，或為直流發(fā)電、直流電動機驅(qū)動。由于其固有缺點，因而限制了其應(yīng)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(zhàn)中慘烈的大西洋之戰(zhàn)，德國有千余艘潛艇擊沉。而其水下航速僅6節(jié)/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(tǒng)的電力推進裝置維修困難，性能不佳，并不成功。第60頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月

－1947年，美貝爾實驗室發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體。這是二十世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，以至于我們可以把二十世紀(jì)的后五十年稱為硅世紀(jì)。期間，半導(dǎo)體的應(yīng)用向著兩個極端的領(lǐng)域迅猛發(fā)展。在微電子方面，大規(guī)模集成電路的硅芯片（wafercore）是構(gòu)成全部的絢爛的信息世界的基礎(chǔ)；而在強電的轉(zhuǎn)換和傳遞方面，可控硅的應(yīng)用使大功率電能的電子控制得以實現(xiàn)，產(chǎn)生了一門新的學(xué)科PowerElectronics第61頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月今天，由于大功率可控硅技術(shù)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(nèi)使之導(dǎo)通或關(guān)閉。利用這些高速的大功率電子開關(guān)，人們可以輕易地改變交流電的瞬態(tài)波形。包括頻率、電壓和相位。用這樣的變頻器來驅(qū)動推進電機，可以滿足任何需要，包括轉(zhuǎn)速和扭矩。第62頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月高溫超導(dǎo)（HTS）技術(shù)船舶推進電機通常是和螺旋槳直聯(lián)，最大功率已達43,000kW(43MW)。電壓通常為6600伏~11000伏，電流達數(shù)千安以上。當(dāng)強大的電流通過時，即使優(yōu)良的銅導(dǎo)線也會產(chǎn)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(zhuǎn)換中的損失也一直是技術(shù)進步的目標(biāo)。超導(dǎo)技術(shù)的突破可以大大提高傳統(tǒng)電機的性能。這對艦艇尤為重要。第63頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月美國AS公司制造的5MW的HTS電機第64頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月HTSMotor的優(yōu)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(fù)荷時。第65頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月永磁（PM：PermanentMagnetic）電機大功率的推進電機也需要強大的磁場，轉(zhuǎn)動螺旋槳的扭矩正是由磁力所產(chǎn)生。傳統(tǒng)電機中的磁場都是由帶有鐵芯的線圈（繞組）通電后產(chǎn)生的。但是向轉(zhuǎn)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。第66頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月永磁材料也可以和其它技術(shù)相結(jié)合用于船舶電力推進。2003年ABB公布已經(jīng)可以生產(chǎn)5000kW的吊艙永磁電機。在海軍正在建造的高溫超導(dǎo)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(dǎo)機車。第67頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月永磁電機的優(yōu)點：轉(zhuǎn)子無鐵芯，轉(zhuǎn)動慣量小，響應(yīng)快；無電刷即集流環(huán)。第68頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月吊艙推進技術(shù)的發(fā)展

（PoddedPropulsion）第69頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月Pod指吊于船外的水下艙室，室內(nèi)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(zhuǎn)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(xiàn)，后來又用于側(cè)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(zhuǎn)吊艙推進裝置的概念。第70頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月生產(chǎn)吊艙系統(tǒng)的著名公司：

ABBIndustry（Azipod）Rolls-Royce（Mermaid）Schottel-Siemens（SSP）JohnCranelips（Dolphin）第71頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第72頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第73頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第74頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第75頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第76頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第77頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第78頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月第79頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月Azipod技術(shù)充分發(fā)揮了電力推進系統(tǒng)的優(yōu)勢，因此幾年來得到了飛速的發(fā)展。吊艙的結(jié)構(gòu)如圖所示。第80頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)磁流體推進技術(shù)對于海上交通運輸，人們?nèi)找骊P(guān)注其對全球環(huán)境的影響、運輸?shù)男省⑺俣群吐猛镜氖孢m性等。然而，現(xiàn)有的螺旋槳推進船舶由于技術(shù)局限性，無法實現(xiàn)真正安靜型高速航行，很難滿足人們?nèi)找嫣岣叩囊蟆Ｗ鳛榇巴七M新技術(shù)之一的超導(dǎo)磁流體船舶推進是將電能直接轉(zhuǎn)換成海水動能推動船舶前進。由于推進系統(tǒng)中沒有高速旋轉(zhuǎn)部件，消除了傳統(tǒng)螺旋槳推進的“空泡”現(xiàn)象和傳動機構(gòu)產(chǎn)生的振動和噪聲，能實現(xiàn)真正安靜型高速航行。該項技術(shù)已引起造船界的關(guān)注，被認(rèn)為是二十一世紀(jì)船舶推進技術(shù)的發(fā)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(yuǎn)洋輪、破冰船和軍事用途艦艇都有重大的實用意義。第81頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月磁流體推進技術(shù)的基本原理由于海水是導(dǎo)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(dāng)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。第82頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)磁流體推進技術(shù)的特點1）.安靜。由于超導(dǎo)磁流體推進取消了常規(guī)的螺旋槳、噴水推進、泵噴等轉(zhuǎn)動機構(gòu)，因而可大大降低由轉(zhuǎn)動機構(gòu)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(chǎn)生空泡。空泡的產(chǎn)生不僅會引起船舶的振動，產(chǎn)生噪聲，而且嚴(yán)重影響螺旋槳的推進效率，縮短使用壽命。而超導(dǎo)磁流體推進將不受此種危害，使艦船真正實現(xiàn)安靜航行。（所謂螺旋槳的空泡現(xiàn)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(dǎo)致爆發(fā)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(dǎo)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(zhuǎn)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(dǎo)磁流體推進器的一切設(shè)備無固定地安裝在機艙內(nèi)某個位置的要求，因此可以在艦船的設(shè)計中有效地利用艙室空間，供給設(shè)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(zhuǎn)或變速更容易實現(xiàn)，并容易做到平滑調(diào)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(yōu)點，即可能利用磁流體推進器產(chǎn)生的強大水動力發(fā)射水下武器（魚雷和導(dǎo)彈），這樣不僅省去了傳統(tǒng)的魚雷發(fā)射裝置，而且也避免了傳統(tǒng)水下發(fā)射時存在的巨大噪聲。第83頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)磁流體推進器的組成及結(jié)構(gòu)形式超導(dǎo)磁流體推進器主要由超導(dǎo)磁體、通道、電極以及電源和控制測量系統(tǒng)等組成。其中，超導(dǎo)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(xué)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(huán)形通道磁流體推進器三種基本結(jié)構(gòu)形式。第84頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月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(huán)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(jié)構(gòu)簡單，海水阻力小，水動力功率轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率高。不足之處是鞍形磁體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝和技術(shù)要求高。

第85頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月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(nèi)部安裝一對圓筒形電極，其中一個為內(nèi)電極，另一個為外電極。兩電極之間設(shè)置由非導(dǎo)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(shè)置有導(dǎo)流器，將海水的軸向流動轉(zhuǎn)換成螺旋運動，在通道的出口處設(shè)置有整流器，以將海水的螺旋運動轉(zhuǎn)換成軸向運動。在螺旋型通道推進器中采用了螺管超導(dǎo)磁體，和鞍型超導(dǎo)磁體相比，螺管超導(dǎo)磁體具有結(jié)構(gòu)簡單，磁場強度高等優(yōu)點。如采用多螺管組合式布置，這種結(jié)構(gòu)形式的推進器在效率、磁場、磁體結(jié)構(gòu)等方面都有其潛在優(yōu)勢第86頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)型通道磁流體推進器

環(huán)型通道磁流體推進器的通道為圓環(huán)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(jié)構(gòu)，也可以分散安置成兩段或更多段的結(jié)構(gòu)，它與總長相等、輸入功率相當(dāng)?shù)钠渌问降拇帕黧w推進器相比，不僅克服了由于磁體及通道太長而導(dǎo)致推進器結(jié)構(gòu)復(fù)雜和制造工藝?yán)щy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(jié)約潛艇的內(nèi)部空間。第87頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)磁流體推進技術(shù)的發(fā)展1961年，美國人賴斯提出磁流體推進系統(tǒng)的設(shè)想；1963年，多拉格提出“直流內(nèi)磁式超導(dǎo)磁流體”推進器，這種方案與賴斯最早的設(shè)想?yún)^(qū)別在于磁體磁場對海水作用的電磁力區(qū)域處于推進器內(nèi)部而非其外。在隨后的10多年間，人們設(shè)計和制作了多種磁流體推進系統(tǒng)，但由于當(dāng)時超導(dǎo)技術(shù)不夠成熟，只能采用常規(guī)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?qū)嵱没A段邁進。美國、日本、俄羅斯和中國等相繼開展了一系列超導(dǎo)磁流體推進關(guān)鍵技術(shù)及實用化研究，包括高場強超導(dǎo)磁體和磁流體推進器的結(jié)構(gòu)形式及其最佳設(shè)計計算方法，性能分析，試驗裝置及方法，物理和化學(xué)現(xiàn)象，推進器的輔助和控制設(shè)備以及最佳船型的設(shè)計等等。第88頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月美國美國磁流體推進研究的目標(biāo)是QT磁流體推進技術(shù)。主要研究單位有：美國海軍水下系統(tǒng)中心，戴維泰勒艦船研究發(fā)展中心，阿貢國家實驗室，阿夫可公司。他們在推進器的結(jié)構(gòu)形式，推進通道內(nèi)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(huán)形通道兩種不同結(jié)構(gòu)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(shè)計。其結(jié)果表明，當(dāng)磁場強度為6特斯拉，航速為30節(jié)時，通過合理地選取推進器的形狀和電場數(shù)據(jù)，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(zhàn)中心各建有一套大型的超導(dǎo)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(dǎo)率、通道流速、環(huán)境壓力等相互關(guān)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(xué)特性的研究等。目前的研究工作據(jù)說已進入秘密研究階段，進展詳情不知。第89頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月美國磁流體推進QT概念設(shè)計第90頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月俄羅斯俄羅斯在上世紀(jì)70年代，前蘇聯(lián)科學(xué)院高溫物理研究所、卡爾波夫物理化學(xué)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(dǎo)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(chǔ)上，進行了7特斯拉、φ1000′2200毫米的超導(dǎo)螺旋型磁流體推進器及其推進的QT概念設(shè)計計算；此外，還進行了電極的腐蝕機理及其試驗研究。第91頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月俄羅斯磁流體推進回路試驗裝置第92頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月日本日本鑒于具有超導(dǎo)磁流體推進船模的理論和試驗研究基礎(chǔ)，具有大型超導(dǎo)磁體的制造能力。在1985年，日本成立了“超導(dǎo)電磁推進船的開發(fā)研究委員會”，決定建立超導(dǎo)電磁推進船，即超導(dǎo)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(nèi)容包括：磁流體推進器和船的結(jié)構(gòu)型式及最佳配合，超導(dǎo)磁體的強磁場和輕量化及其可靠性，電極材料及其電化學(xué)性能，磁流體推進器及其動力，制冷和控制設(shè)備的合理布局，船舶的航行及操縱性能，等等。經(jīng)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(shè)計航速為8節(jié)，采用直流內(nèi)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(dāng)?shù)某晒ΑＫ鼧?biāo)志著世界上第一艘超導(dǎo)磁流體推進船的誕生。第93頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月日本“大和一號”第94頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月我國磁流體推進技術(shù)的研究我國于70年代開展了對磁流體推進技術(shù)的研究。七〇二所曾經(jīng)研究過常規(guī)導(dǎo)體的磁流體推進技術(shù)，但由于常規(guī)導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場強度較弱，回轉(zhuǎn)體水下模型的外磁式磁流體推進自航試驗結(jié)果表明，其推進效率極低。它是我國進行磁流體推進技術(shù)研究的開端。作為國家研究發(fā)展項目，磁流體推進技術(shù)在1992年開始得到中科院的支持，列入中科院“八五”重點攻關(guān)項目，在電工所進行基礎(chǔ)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(dǎo)磁流體推進技術(shù)的研究，已建成了較為完整的超導(dǎo)磁流體船舶推進實驗室，包括鹽水循環(huán)試驗系統(tǒng)，航行試驗池以及計算機數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)、激光測速系統(tǒng)等；建立了一套磁流體船舶推進的數(shù)學(xué)分析方法和計算模型及相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。第95頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)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(shù)之間的關(guān)系，驗證螺旋型通道推進器性能預(yù)測和設(shè)計的理論分析方法，同時，建立螺旋型通道推進器設(shè)計和計算時與機械損失相關(guān)的數(shù)據(jù)庫。超導(dǎo)磁流體推進試驗裝置由循環(huán)海水試驗主回路，輔助回路，超導(dǎo)磁體及低溫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)測量及計算機采集系統(tǒng)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(dǎo)磁體、便于觀察氣泡的透明段、氣體分離器、帶變頻調(diào)速的循環(huán)泵以及不銹鋼的聯(lián)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(zhuǎn)換成模擬信號，進入計算機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從而實現(xiàn)試驗過程的數(shù)據(jù)實時顯示、存盤和監(jiān)控，大大方便了試驗操作，提高了試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精度，同時也使實驗數(shù)據(jù)庫的建立和后期分析變得可能。第96頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月超導(dǎo)磁流體推進試驗裝置第97頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月磁流體推進發(fā)展在超導(dǎo)磁流體推進器中，船舶的推力是由電磁力產(chǎn)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(dāng)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(jié)構(gòu)復(fù)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(dǎo)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。第98頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月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(jīng)驗。相對而言，高場強，大溫孔的螺管磁體的制造更為現(xiàn)實。經(jīng)中國科學(xué)院電工研究所的提議，得到日本神戶商船大學(xué)和日本國立材料科學(xué)研究所的響應(yīng)，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(jié)果表明，其性能指標(biāo)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(shù)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(dān)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(shù)問題，當(dāng)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(shù)量級。這次試驗的成功，不僅獲得了頗有價值的實驗數(shù)據(jù)，而且顯示了我國已具備進行大型船舶的磁流體推進系統(tǒng)概念設(shè)計的能力和必要的技術(shù)基礎(chǔ)，也確立了我國在該領(lǐng)域的國際先進地位。第99頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月磁流體推進的展望超導(dǎo)磁流體推進技術(shù)是一項涉及電磁學(xué)、流體力學(xué)、電化學(xué)等多學(xué)科，并且綜合性很強的高技術(shù)。該技術(shù)難度很大，需要解決的問題很多，有些問題已經(jīng)解決，有些問題正在研究，但還有些問題有待未來高新技術(shù)，尤其是超導(dǎo)材料及磁體技術(shù)的解決。近幾年來，磁流體推進技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)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(shù)的研究。可以預(yù)言，隨著科學(xué)的發(fā)展、技術(shù)的進步、新材料和新工藝的出現(xiàn)，超導(dǎo)磁流體推進技術(shù)將在不遠(yuǎn)的將來得到更大的發(fā)展，并走向?qū)嵱没５?00頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月面臨的挑戰(zhàn)船舶動力裝置所面臨的挑戰(zhàn)：1、安全Safety船舶及其貨值愈益昂貴，常以10億元計；出現(xiàn)事故時伴隨著重大污染；船員數(shù)量減少，現(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)及故障診斷。（3）故障出現(xiàn)后的自我保護。第101頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月2、節(jié)能EngineSaving化石燃料的供應(yīng)，全球性不足的時代已經(jīng)來臨。全球油價高企，燃料成本已經(jīng)超過全部開銷的30%。解決方案Solutions：（1）船舶大型化；根據(jù)船舶的用途，采用先進的船舶動力系統(tǒng)。（2）科學(xué)用能：船舶是一個獨立的能島，要建立科學(xué)的能量管理系統(tǒng)，以杜絕浪費。例如要杜絕以電供熱，以電致冷。第102頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月3、環(huán)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(yīng)，全球變暖，是罪魁禍?zhǔn)住Ｖ袊磕昱欧?0億噸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(chǎn)物，會引起酸雨、光化學(xué)煙霧等后果，國際公約對其排放均有要求。

第103頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月動力系統(tǒng)自動化相關(guān)技術(shù)的發(fā)展ECU的發(fā)展ECU開發(fā)技術(shù)的發(fā)展第104頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月柴油機電控單元研究發(fā)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(yè)的迅速發(fā)展和各種現(xiàn)代控制技術(shù)在柴油機領(lǐng)域的應(yīng)用。為了滿足各個方面的性能要求，電控技術(shù)已經(jīng)滲透到柴油機的各個部分，采用了許多新的控制技術(shù)。現(xiàn)在，柴油機電子控制的內(nèi)容已由當(dāng)初的燃油系統(tǒng)單一控制逐步發(fā)展到包括發(fā)動機各個系統(tǒng)控制、故障診斷、實時管理等功能在內(nèi)的綜合管理系統(tǒng)，各種先進的電子控制技術(shù)在電控單元中得到了越來越廣泛的應(yīng)用第105頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月控制理論在電控單元研究中的應(yīng)用發(fā)動機電子控制使用的控制方法從早期的經(jīng)典控制理論的PID算法逐步發(fā)展到優(yōu)化控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及預(yù)測控制等多種現(xiàn)代控制理論。現(xiàn)代控制理論的引入使得電控系統(tǒng)更能適應(yīng)柴油機這一類復(fù)雜多變量系統(tǒng)，時變系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，此外，現(xiàn)代控制理論與不斷進步的新型電控器件相結(jié)合，使柴油機電控技術(shù)在進入實用化方面不斷取得新的突破。第106頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月自適應(yīng)控制和魯棒控制內(nèi)燃機的自適應(yīng)控制系統(tǒng)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(nèi)燃機達到最優(yōu)性能的控制系統(tǒng)。基于模型的自適應(yīng)控制技術(shù)逐漸應(yīng)用于發(fā)動機控制以提高精度，其主要運用范圍是發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)工況。由于動態(tài)工況下參數(shù)變化快、自適應(yīng)算法收斂速度限制和控制器計算速度限制等因素，在動態(tài)工況下應(yīng)用存在著不足。第107頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)，難以用經(jīng)典的控制方法來滿足控制設(shè)計要求。隨著控制理論的發(fā)展，各種新穎的控制方法正在逐步取代經(jīng)典的控制方法，并在實際中得到推廣，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制等方法。第108頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是并行結(jié)構(gòu)的非線性系統(tǒng)，這給發(fā)動機非線性控制系統(tǒng)的描述帶來了一種新的數(shù)學(xué)模型；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個多輸入輸出系統(tǒng)，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(tǒng)與復(fù)雜系統(tǒng)的控制方案設(shè)計上有很明顯的優(yōu)勢。第109頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制模糊理論與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有共同之處，如均為并行處理結(jié)構(gòu)、都具有非線性映射能力。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是近年來智能控制領(lǐng)域的熱點，它既具有模糊系統(tǒng)的便于理解，可以表達人的經(jīng)驗?zāi)：忍攸c，又有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的并行處理功能、容錯能力、強大的自組織、自學(xué)習(xí)能力。第110頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制在國外，日本豐田公司較早將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于控制，并提出了“智能發(fā)動機”的概念。同時還進行了應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)控制發(fā)動機的試驗。另外，M.Michael等開發(fā)了一個神經(jīng)控制器，實現(xiàn)汽車燃油噴射系統(tǒng)的空燃比的實時自適應(yīng)控制；LenzU等利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法提出了一種高精度控制燃燒室內(nèi)空燃比的火花點燃式發(fā)動機燃燒控制對策。第111頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制的特點是其本質(zhì)為并行結(jié)構(gòu)，這種特點決定了其計算速度取決于控制器的結(jié)構(gòu)形式。目前，并行計算芯片還處在研究階段，遠(yuǎn)未進入控制器領(lǐng)域，這使得理論上計算速度很快的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(shù)學(xué)基礎(chǔ)均不完善，對系統(tǒng)穩(wěn)定性、動態(tài)特性等性能分析都無確定的準(zhǔn)則和方法第112頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月反饋線性化等非線性反饋技術(shù)20世紀(jì)非線性控制理論的突破性進展發(fā)端于20世紀(jì)70年代初期。隨著微分幾何理論和微分代數(shù)方法的引入，使得非線性系統(tǒng)控制理論及其應(yīng)用有了一個巨大飛躍。非線性系統(tǒng)的幾何理論在20世紀(jì)80年代己經(jīng)初步形成了自己的完整體系，基于微分幾何的非線性系統(tǒng)控制理論的出現(xiàn)，也極大地促進了非線性系統(tǒng)魯棒控制理論的研究。第113頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)動機管理系統(tǒng)的功能發(fā)展隨著電子計算機技術(shù)和控制技術(shù)的快速發(fā)展，車輛發(fā)動機電控的功能由最初的燃油噴射系統(tǒng)電控逐步發(fā)展到集噴油電控、增壓電控、怠速電控、進氣渦流控制、電控風(fēng)扇驅(qū)動、怠速穩(wěn)定控制、EGR控制、冷啟動電控、柴油機電控液壓啟動系統(tǒng)、冷卻控制、故障診斷為一體的發(fā)動機綜合電子控制裝置。發(fā)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(fā)動機綜合管理系統(tǒng)第114頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)動機管理系統(tǒng)的功能發(fā)展國外新開發(fā)的電控柴油機上都具備監(jiān)控診斷功能。這已成為現(xiàn)代發(fā)動機的一個重要特征。例如，美國CUMMINS公司采用CELECT和CENTRY發(fā)動機電子管理系統(tǒng)對發(fā)動機進行全面控制和管理。有些電控系統(tǒng)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(tǒng)的信息通訊等等。如：電控柴油機微粒袋濾系統(tǒng)、壁流式微粒過濾器電加熱再生控制系統(tǒng)、電控牽引力控制系統(tǒng)等等。第115頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月電控發(fā)動機故障自診斷功能現(xiàn)代發(fā)動機的電子控制系統(tǒng)復(fù)雜程度逐步增加，故障診斷功能也被包含進電控系統(tǒng)當(dāng)中，這不僅要求故障系統(tǒng)對發(fā)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(jiān)測電子控制系統(tǒng)各部分的工作狀況，如：傳感器的故障診斷、執(zhí)行器的故障診斷和配線電路的故障診斷等等。第116頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月電控發(fā)動機故障自診斷功能1988年，美國汽車工程師協(xié)會（SAE）、美國環(huán)保署（EPA）、加州空氣資源委員會（CARB）協(xié)同提出了OBD-I隨車診斷系統(tǒng)，其目的是加快燃油噴射系統(tǒng)的維修速度，提高其維修質(zhì)量，以降低汽車的廢氣排放。OBD-I系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)視控制模塊、與控制模塊相連的各傳感器、燃油表系統(tǒng)以及廢氣再循環(huán)系統(tǒng)等等。1993年，美國環(huán)保署頒布了OBD-II的規(guī)定，一些1994年出廠的輕型車上開始配備OBD-II隨車診斷系統(tǒng)。目前已推出了OBD-III型系統(tǒng)。第117頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月現(xiàn)場總線技術(shù)當(dāng)前，出現(xiàn)了多種現(xiàn)場總線：基金會總線LonWorksProfibusHARTCAN第118頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月現(xiàn)場總線技術(shù)CAN即控制局域網(wǎng)絡(luò)，最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件間的數(shù)據(jù)通信。由于其高性能、高可靠性及獨特的設(shè)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(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。第119頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月傳感器技術(shù)近年來，隨著控制技術(shù)、計算機技術(shù)和寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，多傳感器系統(tǒng)得到了越來越多的應(yīng)用，這對傳感器提出了更高的要求，即準(zhǔn)確度高，可靠性好，易于組網(wǎng)，并具有信息處理和自檢等智力功能。隨著新材料及新技術(shù)的應(yīng)用，電控系統(tǒng)要求傳感器集成化和智能化。實現(xiàn)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(yīng)具有編碼和譯碼的能力。第120頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月傳感器技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器是以嵌入式技術(shù)為核心，集成了傳感單元、信號處理單元和網(wǎng)絡(luò)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(jié)合體，能根據(jù)輸入信號值進行一定程度的判斷和制定決策，實現(xiàn)自校正和自保護功能。非線性補償、零點漂移和溫度補償?shù)溶浖夹g(shù)的應(yīng)用，則使傳感器具有很高的線性度和測量精度。網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)的應(yīng)用使傳感器能方便地接入網(wǎng)絡(luò)。第121頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月計算機硬件的發(fā)展電控單元（ECU）是柴油機電控系統(tǒng)的核心，其硬件就是微處理器。目前，在發(fā)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(dāng)前ECU發(fā)展的總趨勢是從單系統(tǒng)單機控制向多系統(tǒng)集中控制過渡，汽車電控系統(tǒng)將采用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把發(fā)動機電控系統(tǒng)、車身電控系統(tǒng)、底盤電控系統(tǒng)及信息與通信系統(tǒng)等各個系統(tǒng)的ECU相聯(lián)接，形成機內(nèi)分布式計算機網(wǎng)絡(luò)。第122頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月電控系統(tǒng)開發(fā)工具與設(shè)計方法的發(fā)展計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用實時操作系統(tǒng)的應(yīng)用計算機輔助控制系統(tǒng)設(shè)計（CACSD）技術(shù)第123頁，課件共133頁，創(chuàng)作于2023年2月計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用發(fā)動機電子控制技術(shù)是改善發(fā)動機性能有力的手段。在發(fā)動機電子控制系統(tǒng)的開發(fā)中，控制算法對系統(tǒng)控制性能的影響很大，通常它的在線整定和調(diào)節(jié)比較困難、費時，一般需要首先利用電控系統(tǒng)仿真模型。電子控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計及系統(tǒng)的調(diào)試、改造都要應(yīng)用系統(tǒng)仿真技術(shù)