ЗАДАЧА ОПТИМАЛЬНОГО КЕРУВАННЯ СУДНОВОЮ ГРЕБНОЮ ДИЗЕЛЬ-ЕЛЕКТРИЧНОЮ УСТАНОВКОЮ
DOI:
https://doi.org/10.32782/mathematical-modelling/2026-9-1-32Ключові слова:
морський транспорт, енергоефективність, оптимізація, дизель-електрична гребна установка, оптимальне керування, математичне моделювання, вплив на навколишнє середовищеАнотація
Робота зосереджена на вирішенні комплексної науково-технічної проблеми підвищення енергоефективності сучасних суден, оснащених дизель-електричними гребними установками. В умовах жорсткої регламентації викидів парникових газів та шкідливих речовин (відповідно до вимог IMO MARPOL, EEDI, EEOI) та нестабільності світових цін на енергоносії, питання оптимізації керування судновими пропульсивними комплексами набуває критичного значення. Протягом дослідження було проведено огляд сучасних публікацій на тематику вирішення цієї проблеми. Дослідники пропонують використовувати генетичні алгоритми, динамічне програмування та стохастичні методи. Також оглянуто еволюція методів оптимізації: від стратегій мінімізації еквівалентного споживання до систем керування на основі прогнозуючих моделей. Значна увага приділяється проблематиці існуючих методів оптимізації, яка полягає в тому, що більшість пропонуємих підходів мають критичні недоліки: вони або занадто спрощені (статичні моделі балансу потужності, які ігнорують перехідні процеси), або надмірно складні для реалізації в бортових контролерах. Також виявлено, що недостатньо опрацьованою залишається комплексна постановка задачі, яка б поєднувала підсистему руху судна (із залежністю опору від стану моря), підсистему генерації (із нелінійними витратними характеристиками дизелів) та підсистему розподілу енергії в єдиному просторі станів. Крім того проаналізовано конструкції сучасних гребних установок на прикладі гребної дизель-електричної установки та побудовано структурну схему та динамічну модель системи. Розглянуто принципи роботи машини постійного струму гребної дизель-електричної установки (ГДЕУ) та переваги при використанні на морських суднах. Основну частину роботи займає наукове обґрунтування та постановка задачі енергозберігаючого оптимального керування ГДЕУ. Зроблені висновки, що одним зі шляхів оптимізації енергетичної ефективності ГДЕУ виступає підвищення якості керування передачею енергії від дизельного двигуна до гвинта. Розглянуто спосіб побудови алгоритму оптимального керування за критерієм мінімуму втрат енергії у всіх елементах ГДЕУ на шляху перетворення.
Посилання
IMO. Improving the energy efficiency of ships. URL: https://www.imo.org/en/ourwork/environment/pages/improving%20the%20energy%20efficiency%20of%20ships.aspx (дата звернення 26.01.2026).
Ammar N. R., Seddiek I. S. Evaluation of the environmental and economic impacts of electric propulsion systems onboard ships: case study passenger vessel. Environmental Science and Pollution Research. 2021. Vol. 28(28). P. 37851–37866. https://doi.org/10.1007/s11356-021-13271-4
Ebrahimi S. Analysis of Data-Driven Modeling of Cycloconverters for Efficient Electromagnetic Transient Simulations of Electrified Ship Propulsion Systems. International Journal of Electrical and Electronic Engineering; Telecommunications. 2024. Vol. 13(6). P. 503–509. https://doi.org/10.18178/ijeetc.13.6.503-509
Martinić-Cezar S., Jurić Z., Assani N., Lalić B. Optimization of Fuel Consumption by Controlling the Load Distribution between Engines in an LNG Ship Electric Propulsion Plant. Energies. 2024. Vol. 17(15), 3718. https://doi.org/10.3390/en17153718
Jung J., Jeon H., Kim H., Kim S. A Novel Approach for the Systematic Evaluation and Optimization of Performance and Emissions in Hybrid Electric Propulsion Systems. Journal of Marine Science and Engineering. 2025. Vol. 13(2), 328. https://doi.org/10.3390/jmse13020328
Mushtaq R., Iqbal M., Khaliq A., Iqbal J. Optimal design of a hybrid ship energy management system under various sea conditions using Model Predictive Control. PLOS One. 2025. Vol. 20(7), e0326969. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0326969
Wang X., Shipurkar U., Haseltalab A., Polinder H., Claeys F., Negenborn R. R. Sizing and Control of a Hybrid Ship Propulsion System Using Multi-Objective Double-Layer Optimization. IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 72587–72601. https://doi.org/10.1109/access.2021.3080195
Hong S. H., Kim D. M., Kim S. J. Power Control Strategy Optimization to Improve Energy Efficiency of the Hybrid Electric Propulsion Ship. IEEE Access. 2024. Vol. 12. P. 22534–22545. https://doi.org/10.1109/access.2024.3364374
Song C., Guo T., Sui J., Zhang X. Dynamic Positioning Control of Large Ships in Rough Sea Based on an Improved Closed-Loop Gain Shaping Algorithm. Journal of Marine Science and Engineering. 2024. Vol. 12(2), 351. https://doi.org/10.3390/jmse12020351
Abbas H., Kim Y., Siegel J. B., Rizzo D. M. Synthesis of Pontryagin’s Maximum Principle Analysis for Speed Profile Optimization of All-Electric Vehicles. Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control. 2019. Vol. 141(7). https://doi.org/10.1115/1.4043117
L ̈offler C., Geertsma R., Mitropoulou D., Polinder H., Coraddu A. Equivalent Consumption Minimization Strategy for Full-Electric Ship Energy Management with Multiple Objectives. Modelling and Optimisation of Ship Energy Systems. 2024. https://doi.org/10.59490/moses.2023.673
Shu H., Li X., Liu Y., Wang R. Model Predictive Control With Disturbance Observer for Marine Diesel Engine Speed Control. IEEE Access. 2023. Vol. 11, P. 49300–49318. https://doi.org/10.1109/access.2023.3270286
Sun F., Liu Y., Gan H., Zang S., Lei Z. Multi-Objective Optimization of Energy Storage Configuration and Dispatch in Diesel-Electric Propulsion Ships. Journal of Marine Science and Engineering. 2025. Vol. 13(9), 1808. https://doi.org/10.3390/jmse13091808
Tadros M., Boulougouris E. Calibration Procedures for NOx Emissions Model of a High-Speed Marine Diesel Engine Using Optimization Procedures. Journal of Marine Science and Engineering. 2025. Vol. 13(8), 1585. https://doi.org/10.3390/jmse13081585
Arish N., Kamper M. J., Wang R. J. Advancements in electrical marine propulsion technologies: A comprehensive overview. SAIEE Africa Research Journal. 2025. Vol. 116(1), P. 14–29. https://doi.org/10.23919/saiee.2025.10755059
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
