基于数字孪生的船舶动力系统的控制方法及诊断方法

本发明属于自适应控制系统，具体涉及一种基于数字孪生的船舶动力系统的控制方法及诊断方法。

背景技术：

1、数字孪生是指利用数字模型和实际系统的数据进行实时仿真、监测和优化的技术。在现有技术中，使用数字孪生技术可以建立船舶动力系统的数字模型，通过对模型的仿真和优化，可以改进动力系统的设计，减少实际试验的成本和时间，加速新技术的应用和验证。

2、船舶动力系统在运行过程中，朝着动力设备中通入燃料，燃料在动力设备内燃烧产生热能，然后通过发动机转换为机械能，驱动船舶的螺旋桨或其他推进装置，从而产生推进力。

3、船舶动力系统还包括冷却设备，对动力设备进行冷却，避免动力设备的温度过高。动力设备温度过高，会影响动力设备的工作效率，并且，过高的温度可能会导致动力设备过热，甚至引发火灾等安全问题。然而现有的冷却设备虽然能够对动力设备进行冷却，但是冷却效果较差，动力设备的温度波动较大，并不利于动力设备的正常运行。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于数字孪生的船舶动力系统的控制方法及诊断方法，解决背景技术中存在的上述技术问题。

2、本发明是这样实现的：

3、第一方面，本申请实施例提供了一种基于数字孪生的船舶动力系统的控制方法，包括：建立船舶动力系统的数字孪生模型，所述船舶动力系统包括动力设备和冷却机组，所述冷却机组与所述动力设备形成冷却液的循环通道；获取动力设备的燃料实时通入量信息；获取船舶动力系统的燃料消耗模型，基于所述燃料消耗模型获取燃料预测需求量信息；获取动力设备的冷却液入口温度和出口温度的实时温度差信息；基于燃料实时通入量信息、燃料预测需求量信息以及实时温度差信息，确认所述冷却机组的工作参数，控制所述冷却机组运行，所述工作参数包括：冷却液的循环流速信息、冷却机组的工作功率信息以及冷却机组的工作数量信息。

4、进一步的，所述的获取动力系统的燃料消耗模型，包括：建立船舶动力系统的燃料初始模型，获取船舶动力系统的历史运行参数，所述历史运行参数包括动力参数和环境参数；以所述历史运行参数为输入参数，以动力设备的燃料消耗信息为输出参数，以深度学习的方式对所述燃料初始模型进行训练，获得所述燃料消耗模型；所述的获取燃料预测需求量信息，包括：获取船舶动力系统的预测运行参数，向燃料消耗模型输入预测运行参数，获取燃料预测需求量信息。

5、进一步的，所述的控制所述冷却机组运行包括：控制所述冷却机组的工作效率在50%至75%之间变化；在需要将所述冷却机组的工作数量从n-1增加至n的情况下，首先控制处于运行状态的第n-1个冷却机组的工作效率增加至75%，然后启动第n个冷却机组，第n个冷却机组的工作效率在启动时等于50%，其中，n为大于等于2的正整数。

6、进一步的，所述船舶动力系统还包括海水换热设备，所述海水换热设备设置于冷却液的循环通道上，处于所述冷却机组的冷却液入口和所述动力设备的冷却液出口之间，根据燃料实时通入量信息、燃料预测需求量信息以及实时温度差信息，确认所述海水换热设备的海水流速信息，控制所述海水换热设备运行。

7、进一步的，在处于运行状态的第n-1个冷却机组的工作效率增加至75%后，启动第n个冷却机组之前，还包括：启动海水换热设备，海水换热设备按照海水流速信息运行；获取海水换热设备的换热量；获取第n个冷却机组在工作效率处于50%的状态下的换热量；当达到上限，或的情况下，关停海水换热设备，同时启动第n个冷却机组。

8、进一步的，海水换热设备的换热量的最大值为，在的情况下，当，关停海水换热设备，在的情况下，当，关停海水换热设备。

9、进一步的，所述的控制所述冷却机组运行包括：获取所有冷却机组的累计工作时长，按照累计工作时长分别对处于运行状态的冷却机组排序以及对未运行的冷却机组进行排序；根据冷却机组的工作数量信息，启动未运行的冷却机组中对应数量的累计工作时长较短的冷却机组，或，关停处于运行状态的冷却机组中对应数量的累计工作时长较长的冷却机组。

10、第二方面，本申请实施例还提供了一种基于数字孪生的船舶动力系统的诊断方法，基于上述实施例提供的控制方法，诊断方法步骤如下：在达到上限，或的情况下，获取第n-1个冷却机组的冷却液出口温度，在第n个冷却机组启动的情况下，获取第n个冷却机组的冷却液出口温度，判断和的差值是否处于预设范围，若处于预设范围内，则冷却机组工作正常，若不处于预设范围内，则冷却机组工作异常。

11、进一步的，在冷却机组工作异常的情况下，获取第n个冷却机组的冷却液入口温度和冷却液出口温度，判断和的差值是否处于预设范围，若处于预设范围内，则第n个冷却机组工作正常，若不处于预设范围内，则第n个冷却机组工作异常，其中，，n为正整数。

12、进一步的，在第n个冷却机组启动之前，获取所述海水换热设备的冷却液入口温度和冷却液出口温度的温度差，判断温度差是否符合预设范围，若温度差处于预设范围内，则海水换热设备工作正常，启动第n个冷却机组，若温度差处于预设范围外，则海水换热设备工作异常，对海水换热设备进行调试，直至温度差处于预设范围内。

13、本发明的有益效果是：

14、本发明中，通过建立船舶动力系统的数字孪生模型，模拟船舶动力系统在不同工况下的运行情况，以使得船舶动力系统可以实现更智能、高效、可靠的运行；并且，通过获取燃料实时通入量信息、燃料预测需求量信息以及实时温度差，提前根据燃料的变化调整冷却机组的运行状态，使得冷却机组的制冷量能够与动力设备的热量同步变化，从而保证动力设备的温度能够维持稳定，避免动力设备的温度过高或过低，避免动力设备的温度波动过大，影响动力设备的正常运行，同时，动力设备的温度稳定，有益于延长冷却液和动力设备的使用寿命。

技术特征：

1.一种基于数字孪生的船舶动力系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的船舶动力系统的控制方法，其特征在于，所述的获取船舶动力系统的燃料消耗模型，包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的船舶动力系统的控制方法，其特征在于，所述的控制所述冷却机组运行包括：

4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的船舶动力系统的控制方法，其特征在于，所述船舶动力系统还包括海水换热设备，所述海水换热设备设置于冷却液的循环通道上，处于所述冷却机组的冷却液入口和所述动力设备的冷却液出口之间，根据燃料实时通入量信息、燃料预测需求量信息以及实时温度差信息，确认所述海水换热设备的海水流速信息，控制所述海水换热设备运行。

5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的船舶动力系统的控制方法，其特征在于，在处于运行状态的第n-1个冷却机组的工作效率增加至75%后，启动第n个冷却机组之前，还包括：

6.根据权利要求5所述的一种基于数字孪生的船舶动力系统的控制方法，其特征在于，海水换热设备的换热量的最大值为，在的情况下，当，关停海水换热设备；在的情况下，当，关停海水换热设备。

7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的船舶动力系统的控制方法，其特征在于，所述的控制所述冷却机组运行包括：

8.一种基于数字孪生的船舶动力系统的诊断方法，其特征在于，基于权利要求5所述的控制方法，诊断方法步骤如下：

9.根据权利要求8所述的一种基于数字孪生的船舶动力系统的诊断方法，其特征在于，在冷却机组工作异常的情况下，获取第n个冷却机组的冷却液入口温度和冷却液出口温度，判断和的差值是否处于预设范围，若处于预设范围内，则第n个冷却机组工作正常，若不处于预设范围内，则第n个冷却机组工作异常，其中，，n为正整数。

10.根据权利要求8所述的一种基于数字孪生的船舶动力系统的诊断方法，其特征在于，在第n个冷却机组启动之前，获取所述海水换热设备的冷却液入口温度和冷却液出口温度的温度差，判断温度差是否符合预设范围，若温度差处于预设范围内，则海水换热设备工作正常，启动第n个冷却机组，若温度差处于预设范围外，则海水换热设备工作异常，对海水换热设备进行调试，直至温度差处于预设范围内。

技术总结本发明适用于自适应控制系统技术领域，提供了一种基于数字孪生的船舶动力系统的控制方法及诊断方法。控制方法包括：建立船舶动力系统的数字孪生模型，船舶动力系统包括动力设备和冷却机组；获取动力设备的燃料实时通入量信息；获取船舶动力系统的燃料消耗模型，基于燃料消耗模型获取燃料预测需求量信息；获取动力设备的冷却液入口温度和出口温度的实时温度差信息；基于燃料实时通入量信息、燃料预测需求量信息以及实时温度差信息，确认冷却机组的工作参数，控制冷却机组运行。本申请提前根据燃料的变化调整冷却机组的运行状态，使得冷却机组的制冷量能够与动力设备的热量同步变化，从而保证动力设备的温度能够维持稳定，保证动力设备正常运行。技术研发人员：宁文菲,许媛媛,李华健,王瑞榕,郑傲受保护的技术使用者：广东海洋大学技术研发日：技术公布日：2024/6/26