船舶空调仿真系统的设计与实现

论文摘要

目前,船用仿真系统的研制工作主要集中在轮机模拟器、驾驶模拟器和液货船操纵模拟器上。其中轮机模拟器主要模拟主推进装置、集控室、船舶电站等设备的性能,即便其中附带一部分船舶空调系统仿真的内容,而其仿真模型简单,操作功能不完善,针对性不强。船舶空调系统是船舶上的一个重要设备,因此,对船舶空调系统进行模块化建模与仿真研究是必要的。本文以大连海事大学实习船“育鲲”轮空调系统为仿真对象,首先介绍了船舶空调系统的组成及其特点,根据其工作过程特点和操作要求,分析了船舶空调系统的PLC自动控制功能。在此基础上,采用模块化建模方法,应用质量、能量、动量守恒定律和热力学、传热学、流体力学等基本理论,通过机理分析,在一定简化条件下,全面建立了船舶空调系统的动态数学模型。在已建立的动态数学模型基础上,使用Matlab/Simulink实时仿真工具,建立了相应的仿真模型,详细地介绍了搭建各个子模块的实时仿真模型的方法和过程。将各个子模块连接起来构成整个空调系统仿真模型,通过设置合理的仿真参数和合适的算法,进行了实时计算机仿真试验,仿真结果与已知数据较为吻合,从而验证了仿真模型的正确性。在数学模型较为正确的基础上,利用Microsoft Visual C#.Net工具编制了界面。首先,利用面向对象的方法将船舶空调系统分为各个实现一定功能的子对象,并用面向对象的Visual C#语言,将各个子对象编制为相应的类,每个类都进行封装,各类之间的交互通过外部接口来实现。之后,在可视化的Microsoft VisualC#.Net的编译环境下,以各种图像制作和处理工具为辅助,搭建好实现多种仿真操作与显示功能的仿真界面,将上述各个类与仿真界面有效的结合,最后完成了仿真软件的制作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 相关领域的研究动态
• 1.2.1 建模与仿真的研究动态
• 1.2.2 船舶空调系统建模与仿真的研究动态
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 船舶空调系统概述
• 2.1 船舶空调系统概况
• 2.2 "育鲲"轮空调系统
• 2.2.1 "育鲲"轮空调系统的组成
• 2.2.2 "育鲲"轮空调系统的PLC控制
• 第3章 船舶空调系统数学模型的建立
• 3.1 船舶空调系统建模概述
• 3.1.1 仿真建模方法
• 3.1.2 船舶空调模型的特点
• 3.2 冷水机组的数学模型
• 3.2.1 压缩机的数学模型
• 3.2.2 冷凝器的数学模型
• 3.2.3 电子膨胀阀的数学模型
• 3.2.4 蒸发器的数学模型
• 3.3 冷媒水系统数学模型
• 3.3.1 循环水泵的数学模型
• 3.3.2 管路及阀的数学模型
• 3.4 空调器的数学模型
• 3.4.1 空气冷却器的数学模型
• 3.4.2 空气加热器的数学模型
• 3.5 舱室温度数学模型
• 第4章 基于Simulink的船舶空调系统仿真
• 4.1 MATLAB仿真工具SIMULINK
• 4.2 船舶空调系统SIMULINK仿真的实现
• 4.2.1 冷水机组模型
• 4.2.2 空调器模型
• 4.2.3 舱室温度模型
• 4.3 仿真结果分析
• 第5章 船舶空调系统仿真软件的设计与实现
• 5.1 开发环境与设计思想
• 5.1.1 开发的环境与系统结构
• 5.1.2 面向对象的设计思想
• 5.2 仿真软件程序设计与实现
• 5.2.1 仿真模型程序设计与实现
• 5.2.2 数据库系统设计和实现
• 5.3 仿真软件人机界面的设计与实现
• 5.3.1 仿真界面设计方法
• 5.3.2 自定义控件库的设计
• 5.3.2 仿真界面介绍
• 第6章 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 附录 Chief Officer舱室规格表
• 致谢
• 研究生履历