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研究生:林敬勛
研究生(外文):Ching-Hsun Lin
論文名稱:適用於震盪式波浪能量擷取系統之創新結構的設計與分析
論文名稱(外文):Design and analysis of a novel structure for oscillatory type of wave-energy acquisition system
指導教授:蘇耀藤蘇耀藤引用關係
指導教授(外文):Yao-Teng Su
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:機械與機電工程學系研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:97
中文關鍵詞:波浪能量擷取系統震盪式平台最佳化震盪式系統
外文關鍵詞:oscillatory systemvibrating platformwave energy acquisition systemOptimization
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本論文的目的在於研發一個創新的震盪式波浪能量擷取系統,使系統能從波浪中擷取最大的能量。文中利用嚴謹的數學推導來設計新型的震盪式系統結構,了解若要使能量擷取系統從波浪中得到最大的擷取功率,則系統的動態特性須滿足兩個條件。接著由理論分析來講解新型系統的動態特性,並利用參數最佳化分析來加以驗證。最後建立系統迴歸方程式,使系統設計者可以快速地得到所需的系統參數。
文中首先說明,若要使能量擷取系統從波浪中得到最大的擷取功率,則系統的動態特性須滿足兩個條件。而根據過去的研究顯示,舊有的震盪式能量擷取系統無法在較寬的頻率範圍內滿足條件,使得系統在提高擷取功率上產生瓶頸。因此,本研究將提出一個創新的系統架構,使系統的動態特性能夠滿足成為最佳系統所需的條件。而此系統是由一個舊有的震盪式能量擷取系統與一個震盪式平台結合而成,此平台透過一組彈簧與能量擷取系統連結。並藉由兩者的耦合效應,改變能量擷取系統的動態特性,並使用極零點分布圖與頻率響應圖進行分析,使系統能夠得到最大的擷取功率。而經過本研究的分析後發現,新系統在參數最佳化後,可使系統在較大的頻寬範圍內滿足成為最佳系統的兩個條件。且經由結果可知,新型的震盪式系統的擷取功率相較於傳統的震盪式系統最多可增加 34 %左右。
The purpose of this thesis is to develop a novel design of the oscillatory type of wave-energy acquisition system. It is aimed to increase the efficiency of wave-power acquisition from random sea. The main feature of the new system structure is its flexibility to adjust the system dynamics to satisfy two optimal criteria. The effects of various system parameters on the system dynamics and acquired power were analyzed. To find the set of system parameters to acquire the highest power, an optimization searching method was adopted. Finally, a regression model was established to help the user to calculate the optimal system parameters under various application conditions.
The study first indicated that to acquire high power from sea wave the dynamic characteristics of the system should satisfy two criteria. However, the study also revealed that the dynamic properties of a traditional acquisition system are difficult to fulfill the two criteria in a wide frequency band. Accordingly, a new system structure was proposed. It is composed of a traditional acquisition system and a vibrating platform. The platform is linked to the acquisition system through a spring. Because of the coupling effect, the dynamic characteristics of the acquisition system are altered. The effects of varying different system parameters on the locations of pole or zero of the transfer function of acquisition system were examined. It was shown that with a proper choice of system parameters, the frequency bandwidth satisfying or close to the two criteria may be increased. The study indicated that acquired power of the proposed system is higher than the traditional one by 34%.
謝誌 I
目錄 II
圖索引 IV
表索引 VI
摘要 VII
Abstract VIII
第一章、緒論 1
1-1、研究動機與目的 1
1-2、過去波浪能量擷取系統的發展 3
1-3、內容介紹 5
第二章 最佳系統特性的推導與分析 6
2-1、最佳系統介紹 6
2-2、最佳系統特性之數學推導與分析 6
2-3、擁有最佳特性之轉移函數 9
2-4、過去震盪式系統之瓶頸 11
第三章、系統架構設計與模擬 13
3-1、系統設計概念與方法 13
3-2、系統動態模型建立 15
3-3、建立系統擷取功率之公式 16
第四章、系統模型的動態分析 19
4-1、 系統分析的重要性與方法 19
4-2、系統動態分析 19
4-3、助震器對系統特性的影響 23
第五章、系統參數最佳化分析 24
5-1、常用搜尋法介紹 24
5-2、目標函數設計 25
5-3、參數最佳化分析 25
5-4、迴歸公式建立 26
第六章、總結與未來展望 28
6-1、各章節總結 28
6-2、未來展望 29
參考文獻 32
附錄一 34
附錄二 37
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