基于单PC机的轮机仿真系统的研究和实现

论文摘要

轮机模拟器是现代航海教育的必备设施,国际海事组织（IMO）在STCW 78/95公约中已将其列入船员培训的必备条件之一,中国海事局也已将其列入正式评估项目。本文对基于单微机的轮机仿真系统的建模与仿真进行了系统研究。本文完成了以下研究工作:采用解析方程法、准稳态法及试验数据修正法等综合建模方法建立了大型低速二冲程柴油机的数学模型,利用VC++6.0实现了数学模型求算的软件编程,给出了柴油机稳态和动态仿真结果。利用面向模块化建模的思想,建立了柴油机—定距桨推进装置和及其控制系统的仿真模型,并利用VC++6.0完成了定距桨推进装置及其控制系统的仿真软件的编程,分别计算给出了柴油机在不同工况下的仿真结果以及推进控制系统的可视化仿真结果;应用热力学和工程流体力学等相关理论建立了船舶柴油机压缩空气、冷却水、燃油滑油净化、滑油、污水污油处理、燃油、巡检报警等系统的数学模型,并详细讨论了系统中换热器、泵、油柜、空气压缩机、空气瓶、三通阀、调节阀等组件的建模方法;在VC++6.0集成开发环境下,利用面向模块化建模的思想,设计并实现了柴油机—定距桨推进装置、控制系统和其它辅助系统的人机交互可视化仿真界面,并将轮机模拟器各系统的仿真计算集成到同一仿真环境下,采用单文档单视的编程方法开发了基于单台PC机的轮机仿真系统。该系统是轮机操作培训的重要组成部分之一,它与目前大多数基于网络化的轮机模拟器相比具有投资成本低、所占空间小、对系统配置要求低,各系统结构清楚,安装和使用方便等优点,可作为轮机模拟器的一个重要补充,适于船员熟悉系统操作,了解柴油机各系统结构,完成相关的知识培训。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 轮机模拟器简介及研究意义
• 1.2 国内外轮机模拟器发展与现状
• 1.2.1 国外轮机模拟器研究历史与发展现状
• 1.2.2 国内轮机模拟器研究历史与发展现状
• 1.3 课题研究的来源、目的和意义
• 1.3.1 课题研究的实验条件和项目依托
• 1.3.2 课题的提出与意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 船舶柴油机的数学模型
• 2.1 船舶推进装置的数学模型
• 2.2 柴油机主机系统的数学模型
• 2.2.1 柴油机气缸
• 2.2.2 空气冷却器
• 2.2.3 扫气箱
• 2.2.4 排气管
• 2.2.5 废气涡轮增压器
• 2.2.6 仿真结果与分析
• 第3章 柴油机-定距桨船舶推进控制系统的建模
• 3.1 船舶推进控制系统的基本组成
• 3.2 定距桨船舶推进控制系统的数学建模
• 3.2.1 控制指令发送器
• 3.2.2 气动操纵系统
• 3.2.3 安全保护
• 3.2.4 起动和换向控制
• 3.2.5 数字调速器
• 3.4 仿真结果及讨论
• 3.4.1 起动-停车仿真结果
• 3.4.2 恶劣海况下的仿真结果
• 3.4.3 紧急倒车工况的仿真结果
• 第4章 柴油机辅助系统的建模
• 4.1 冷却水系统的数学建模
• 4.1.1 离心泵的数学建模
• 4.1.2 换热器的数学建模
• 4.1.3 三通阀混流模型
• 4.2 燃油滑油净化系统的数学建模
• 4.2.1 分油机的数学建模
• 4.2.2 分油机控制系统的数学建模
• 4.2.3 油柜模型
• 4.2.4 齿轮泵的模型
• 4.2.5 三通阀分流模型
• 4.2.6 二通开度阀模型
• 4.3 压缩空气系统的数学建模
• 4.3.1 空气压缩机的数学建模
• 4.3.2 气瓶的数学建模
• 4.4 污水处理系统的数学建模
• 4.4.1 油水分离器模型
• 4.4.2 油份浓度监测设备模型
• 4.4.3 污水柜和污水井模型
• 第5章 基于单PC机的轮机仿真系统的设计实现
• 5.1 主机遥控系统
• 5.2 燃油滑油净化系统
• 5.3 压缩空气系统系统
• 5.4 污水污油处理系统
• 5.5 中央冷却水系统
• 5.6 滑油系统界面
• 5.7 锅炉及蒸汽系统界面
• 5.8 其他系统界面
• 5.8.1 燃油系统界面
• 5.8.2 巡检报警系统界面
• 5.8.3 仿真系统常用对话框界面
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历