本發(fā)明涉及雙體船設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種太陽能、風(fēng)能混合發(fā)電的雙體船。

背景技術(shù)：

相關(guān)技術(shù)中，船舶可再生動(dòng)力能源技術(shù)的研發(fā)，既是具有前瞻性、事關(guān)國家船舶科技可持續(xù)發(fā)展的遠(yuǎn)景課題，也是急需要研究實(shí)現(xiàn)的迫切課題。目前，雙體船的船舶動(dòng)力仍然依賴燃料，能耗高且污染嚴(yán)重；因此，可以將太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于雙體船上，構(gòu)建混合動(dòng)力裝置，從而為雙體船補(bǔ)充電能，減少燃料的使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明旨在提供一種太陽能、風(fēng)能混合發(fā)電的雙體船。

本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

提供了一種太陽能、風(fēng)能混合發(fā)電的雙體船，包括雙體母船，雙體母船上設(shè)有驅(qū)使雙體母船運(yùn)動(dòng)的混合動(dòng)力裝置，還包括用于為所述混合動(dòng)力裝置供電的太陽能發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，以及用于對(duì)該混合動(dòng)力裝置進(jìn)行故障檢測識(shí)別的故障檢測識(shí)別系統(tǒng)。

本發(fā)明的有益效果為：通過在雙體母船上設(shè)置風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及太陽能發(fā)電系統(tǒng)，兩系統(tǒng)可以為雙體母船供應(yīng)由太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)換的電能，節(jié)能環(huán)保；通過設(shè)置故障檢測識(shí)別系統(tǒng)，能夠及時(shí)對(duì)混合動(dòng)力裝置進(jìn)行故障檢測識(shí)別，確保在其發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)得到維修。

附圖說明

利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)連接示意圖；

圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的故障檢測識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)連接示意圖。

附圖標(biāo)記：

雙體母船1、混合動(dòng)力裝置2、太陽能發(fā)電系統(tǒng)3、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)4、故障檢測識(shí)別系統(tǒng)5、報(bào)警器6、振動(dòng)信號(hào)獲取單元11、振動(dòng)信號(hào)降噪單元12、故障特征提取單元13、故障識(shí)別單元14。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參見圖1，本實(shí)施例的一種太陽能、風(fēng)能混合發(fā)電的雙體船，包括雙體母船1，雙體母船1上設(shè)有驅(qū)使雙體母船1運(yùn)動(dòng)的混合動(dòng)力裝置2，還包括用于為所述混合動(dòng)力裝置2供電的太陽能發(fā)電系統(tǒng)3、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)4，以及用于對(duì)該混合動(dòng)力裝置2進(jìn)行故障檢測識(shí)別的故障檢測識(shí)別系統(tǒng)5。

優(yōu)選的，所述太陽能發(fā)電系統(tǒng)3包括多組太陽能電池板以及與所述太陽能電池板電連接的太陽能轉(zhuǎn)換單元，該太陽能電池板安裝在雙體母船1的甲板上；所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)4包括設(shè)有多個(gè)葉片的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在所述雙體母船1的甲板尾部。

進(jìn)一步地，所述太陽能、風(fēng)能混合動(dòng)力雙體船還包括用于在該混合動(dòng)力裝置2發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行報(bào)警的報(bào)警器6。

本發(fā)明上述實(shí)施例通過在雙體母船1上設(shè)置風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)4及太陽能發(fā)電系統(tǒng)3，兩系統(tǒng)可以為雙體母船1供應(yīng)由太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)換的電能，節(jié)能環(huán)保；通過設(shè)置故障檢測識(shí)別系統(tǒng)5，能夠及時(shí)對(duì)混合動(dòng)力裝置2進(jìn)行故障檢測識(shí)別，確保在其發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)得到維修。

參見圖2，所述故障檢測識(shí)別系統(tǒng)5包括依次連接的振動(dòng)信號(hào)獲取單元11、振動(dòng)信號(hào)降噪單元12、故障特征提取單元13和故障識(shí)別單元14；

所述振動(dòng)信號(hào)獲取單元11，用于利用加速度傳感器獲取混合動(dòng)力裝置2在正常狀態(tài)下及各種故障狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)的原始振動(dòng)信號(hào)；

所述振動(dòng)信號(hào)降噪單元12用于對(duì)原始振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行降噪處理；

所述故障特征提取單元13用于提取降噪后的振動(dòng)信號(hào)的故障特征信息；

所述故障識(shí)別單元14用于建立故障診斷模型，并采用提取的故障特征信息對(duì)該故障診斷模型進(jìn)行訓(xùn)練，從而基于訓(xùn)練完的故障診斷模型對(duì)混合動(dòng)力裝置2進(jìn)行故障識(shí)別。

所述振動(dòng)信號(hào)降噪單元12包括信號(hào)初步降噪子單元、信號(hào)二級(jí)降噪子單元和信號(hào)末級(jí)降噪子單元；

所述信號(hào)初步降噪子單元用于利用最小熵反褶積的自適應(yīng)分析方法對(duì)原始振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行初步降噪；

所述信號(hào)二級(jí)降噪子單元用于對(duì)經(jīng)過信號(hào)初步降噪子單元處理后的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行二次降噪；

所述信號(hào)末級(jí)降噪子單元用于基于改進(jìn)的綜合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)算法對(duì)信號(hào)二級(jí)降噪后的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行末級(jí)降噪。

本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)獲取的原始振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行多次降噪，能夠有效地消除噪聲對(duì)數(shù)據(jù)的影響，從而有利于提高對(duì)混合動(dòng)力裝置2進(jìn)行故障特征提取的精度。

優(yōu)選地，所述提取降噪后的振動(dòng)信號(hào)的故障特征信息，具體包括：

(1)通過二階循環(huán)自相關(guān)函數(shù)對(duì)降噪后的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)分析，獲得二階循環(huán)自相關(guān)函數(shù)；

(2)對(duì)該二階循環(huán)自相關(guān)函數(shù)進(jìn)行時(shí)域切片，獲得時(shí)域切片信號(hào)，從而提取出振動(dòng)信號(hào)的故障特征信息。

其中，所述利用最小熵反褶積的自適應(yīng)分析方法對(duì)原始振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行初步降噪，包括：

(1)采用范數(shù)衡量熵的大小，并把其作為目標(biāo)函數(shù)，求目標(biāo)函數(shù)的最大值，將該目標(biāo)函數(shù)的最大值作為最優(yōu)濾波器系數(shù)；

(2)運(yùn)用該最優(yōu)濾波器系數(shù)對(duì)原始振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行反褶積運(yùn)算，得出濾波器系數(shù)，使用得到的濾波器系數(shù)設(shè)計(jì)fir濾波器對(duì)原始振動(dòng)歷史信號(hào)進(jìn)行濾波。

本優(yōu)選實(shí)施例的降噪處理方式能夠有效降低原始振動(dòng)信號(hào)中的噪聲部分，提高原始振動(dòng)信號(hào)的信噪比，削弱噪聲對(duì)綜合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解后的微弱信號(hào)特征提取的干擾，進(jìn)一步提高對(duì)混合動(dòng)力裝置2進(jìn)行故障特征提取的精度，從而有益于對(duì)混合動(dòng)力裝置2進(jìn)行精確的故障識(shí)別，確保在混合動(dòng)力裝置2發(fā)生故障時(shí)能夠得到及時(shí)的維修，保證雙體船的正常運(yùn)行。

優(yōu)選地，所述對(duì)經(jīng)過信號(hào)初步降噪子單元處理后的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行二次降噪，具體包括：

(1)對(duì)經(jīng)過信號(hào)初步降噪子單元降噪的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波轉(zhuǎn)換，得到不同頻帶上的振動(dòng)信號(hào)，采用滑動(dòng)窗技術(shù)對(duì)各頻帶上的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分段處理，提取振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間序列z和c，以及各段信號(hào)的小波系數(shù)其中g(shù)＝1，2，3…，為振動(dòng)信號(hào)的頻帶數(shù)，m＝1，2，3…，為小波系數(shù)的序列，對(duì)振動(dòng)信號(hào)的功率譜密度進(jìn)行一階平滑處理，得到平滑后的振動(dòng)信號(hào)s(z,c)；

(2)設(shè)定各個(gè)頻帶上平滑后的振動(dòng)信號(hào)中各段信號(hào)的閥值，根據(jù)設(shè)定的閥值對(duì)各段信號(hào)進(jìn)行降噪，削除超出閥值以外的振動(dòng)信號(hào)；

(3)將降噪后的各段信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，之后進(jìn)入信號(hào)末級(jí)降噪子單元進(jìn)行進(jìn)一步降噪處理。

本優(yōu)選實(shí)施例的二次降噪處理能夠使得各段噪聲處理更加靈活準(zhǔn)確，降噪效果更好，為對(duì)混合動(dòng)力裝置2的故障特征提取奠定良好的基礎(chǔ)，從而能夠有利于實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力裝置2故障的精確識(shí)別。

優(yōu)選地，設(shè)s(z,c)表示時(shí)間序列為z和c的平滑后的振動(dòng)信號(hào)，s(z-1,c)為時(shí)間序列為z-1和c的平滑后的振動(dòng)信號(hào)，設(shè)定s(0,c)＝0，引入認(rèn)為設(shè)定的閾值系數(shù)β，進(jìn)行二次降噪時(shí)，采用以下經(jīng)過優(yōu)化的平滑公式得到平滑后的振動(dòng)信號(hào)：

式中，n為采用的窗函數(shù)的長度，|u(z,c)|²為振動(dòng)信號(hào)s(z,c)所對(duì)應(yīng)頻帶的功率譜密度。

在本實(shí)施例中，對(duì)平滑后的振動(dòng)信號(hào)的計(jì)算，考慮了閥值系數(shù)的影響，也考慮了窗函數(shù)的長度的影響，從而確保了平滑處理的精確度，且具有適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，有利于更好地對(duì)混合動(dòng)力裝置2的原始振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行降噪，為對(duì)混合動(dòng)力裝置2的故障特征的提取奠定良好的基礎(chǔ)。

優(yōu)選地，按照以下公式對(duì)各個(gè)頻帶上平滑后的振動(dòng)信號(hào)中各段信號(hào)的閥值進(jìn)行設(shè)定，設(shè)qg為第g個(gè)頻帶上平滑后的振動(dòng)信號(hào)s(z,c)的閾值，tmax(z,c)、tmin(z,c)和分別為平滑后的振動(dòng)信號(hào)s(z,c)的最大值、最小值和平均值，則：

式中，β為所述的人為設(shè)定的閥值系數(shù)，為所述的各段信號(hào)的小波系數(shù)的中值的絕對(duì)值。

在本優(yōu)選實(shí)施例中，通過使用振動(dòng)信號(hào)中各頻帶的功率譜密度和小波系數(shù)對(duì)各段信號(hào)的閥值進(jìn)行自適應(yīng)地調(diào)整，可以避免受到振動(dòng)信號(hào)長度的影響，從而提高降噪的精確度，有利于實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力裝置2的故障的精確識(shí)別，從而確保在混合動(dòng)力裝置2發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)通過報(bào)警器6進(jìn)行報(bào)警，通知維修人員及時(shí)對(duì)混合動(dòng)力裝置2進(jìn)行維修，保證混合動(dòng)力裝置2的正常運(yùn)作，從而確保雙體船的正常行駛。

優(yōu)選地，所述對(duì)二級(jí)降噪后的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行末級(jí)降噪，包括：

(1)設(shè)定高低頻的分界線，采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的自適應(yīng)時(shí)頻分析方法將初步降噪后的原始振動(dòng)信號(hào)按高低頻分解成不同的固有模態(tài)函數(shù)，對(duì)所得的固有模態(tài)函數(shù)進(jìn)行傅里葉變換，

(2)獲得多個(gè)含有高頻成分的固有模態(tài)函數(shù)和多個(gè)含有低頻成分的固有模態(tài)函數(shù)，將多個(gè)含有高頻成分的固有模態(tài)函數(shù)組合成新的本征模態(tài)函數(shù)kh，該本征模態(tài)函數(shù)kh的組合計(jì)算公式為：

將多個(gè)含有低頻成分的固有模態(tài)函數(shù)組合成新的本征模態(tài)函數(shù)kl，該本征模態(tài)函數(shù)kl的組合計(jì)算公式為：

式中，k1,k2,…,ka表示含有高頻成分的固有模態(tài)函數(shù)，k1+a,k2+a,…,kb表示含有低頻成分的固有模態(tài)函數(shù)，a是含有高頻成分的固有模態(tài)函數(shù)的最大層數(shù)，b是含有低頻成分的固有模態(tài)函數(shù)的最大層數(shù)；

(2)對(duì)本征模態(tài)函數(shù)kh、kl分別進(jìn)行綜合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，提取敏感的固有模態(tài)函數(shù)。

本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)二級(jí)降噪后的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行末級(jí)降噪后，能夠避免綜合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解中的模態(tài)混疊現(xiàn)象，提高綜合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)的分解精度，為下一步對(duì)混合動(dòng)力裝置2的故障特征提取奠定基礎(chǔ)。

優(yōu)選地，對(duì)本征模態(tài)函數(shù)kl進(jìn)行綜合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解時(shí)，選取整合次數(shù)為100，選取白噪聲幅值為[0.2,0.6]；對(duì)本征模態(tài)函數(shù)kh進(jìn)行綜合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解時(shí)，選取整合次數(shù)為100，選取白噪聲幅值滿足pn＝0.06pδ，其中pn為選取的白噪聲的能量標(biāo)準(zhǔn)差，pδ為原始振動(dòng)信號(hào)的最優(yōu)高頻成分的能量標(biāo)準(zhǔn)差，該最優(yōu)高頻成分為與原始振動(dòng)信號(hào)相關(guān)性最大的固有模態(tài)函數(shù)；

其中，設(shè)relativeφi(j)表示φi(j)與原始振動(dòng)信號(hào)的相關(guān)性，e0(j)表示第j個(gè)原始振動(dòng)信號(hào)，φi(j)表示與第j個(gè)原始振動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的第i個(gè)固有模態(tài)函數(shù)，b為原始振動(dòng)信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)，γ表示與第j個(gè)原始振動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的固有模態(tài)函數(shù)的數(shù)量，為原始振動(dòng)信號(hào)的均值，采用下式計(jì)算固有模態(tài)函數(shù)與原始振動(dòng)信號(hào)的相關(guān)性：

式中，ψ為人為設(shè)定的修正系數(shù)。

本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)白噪聲幅值進(jìn)行優(yōu)化，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)混合動(dòng)力裝置2的原始振動(dòng)信號(hào)的精確降噪以及故障特征的提取，實(shí)現(xiàn)精確的混合動(dòng)力裝置2的故障識(shí)別。

發(fā)明人采用本實(shí)施例進(jìn)行了一系列測試，以下是進(jìn)行測試得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

該試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)4及太陽能發(fā)電系統(tǒng)3可以成功地為雙體母船1供應(yīng)由太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)換的電能，相對(duì)于依賴燃料作為動(dòng)力的雙體船，更加節(jié)能環(huán)保；通過設(shè)置故障檢測識(shí)別系統(tǒng)5，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)混合動(dòng)力裝置2進(jìn)行故障檢測識(shí)別，確保在其發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)得到維修，由此可見，本發(fā)明產(chǎn)生了顯著的有益效果。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。