船舶调距桨推进装置及控制系统的建模与仿真研究

论文摘要

船舶调距桨推进装置及其控制系统与定距桨相比,具有很多的优点,被广泛应用在各中小型船舶上,因此建立其数学模型并用来预测其性能在工程领域中具有重要的意义。本文在前期工作的基础上,利用容积法、经验公式和实验数据修正等综合建模方法,建立了MAN B&W 6S35MC型柴油机和NA40型废气涡轮增压器的数学模型,利用VC++6.0编程语言实现了数学模型的精确求算编程,仿真和实验对比表明:本文采用的建模方法是正确的;所建的模型能正确反映实际系统的稳态和动态特性。调距桨的特性描述和计算在工程中是一个重点和难点内容,由于螺旋桨特性的复杂性,螺旋桨推力和扭矩无法用解析式表达,为了避免利用螺旋桨图谱的复杂计算过程,本文将螺旋桨的敞水试验特性曲线作为函数发生器,建立了推力和扭矩计算的数学模型,考虑到调距桨液压伺服机构对推进系统的影响,论文给出了调距桨液压伺服机构的简化传递函数模型。Alpha2000 PCS推进控制系统是MAN B&W公司近几年研发的调距桨控制系统,本文在前期工作的基础上,完成了如下工作:设计了Alpha2000 PCS推进控制参数数据库,并完成了参数显示、查询和修改的软件设计和编程;建立了DGS8800e电子调速器的数学模型;完善了MAN B&W 6S35MC型主机气动遥控系统的逻辑控制数学模型并实现了可视化软件编程;实现了船舶调距桨动态显示可视化仿真。本文所开发的调距桨推进装置及其控制系统可应用于轮机模拟器研制和仿真训练;可用于分析、预测和研究调距桨推进系统在变工况下的动态性能;可为调距桨推进装置及其控制系统的设计与优化提供基本的仿真环境。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 船舶调距桨推进装置及其控制系统概述
• 1.2 课题的提出
• 1.3 课题研究的应用前景
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 MAN B&W 6S35MC柴油机的数学建模
• 2.1 建模方法
• 2.2 MAN B&W 6S35MC柴油机工作过程物理模型
• 2.3 柴油机动力装置的数学模型
• 2.3.1 柴油机气缸
• 2.3.2 曲柄连杆机构运动模型
• 2.3.3 中冷器
• 2.3.4 扫气箱
• 2.3.5 排气管
• 2.3.6 喷油泵
• 2.3.7 压气机
• 2.3.8 废气涡轮
• 第3章 调距桨推进装置建模
• 3.1 调距桨推进装置基本组成
• 3.2 调距桨的基本工作特性
• 3.3 调距桨特性计算模型
• 3.3.1 调距桨的推力和扭矩
• 3.3.2 机械损失所消耗的力矩
• 3.4 调距桨液压伺服机构的数学模型
• 3.4.1 比例方向阀
• 3.4.2 液压缸
• 3.5 船、机、桨之间的作用关系和数学模型
• 第4章 船舶调距桨推进装置控制系统
• 4.1 气动遥控系统概述
• 4.2 Alphatronic 2000 PCS推进控制系统
• 4.2.1 Alphatronic 2000 PCS推进控制系统概述
• 4.2.2 Alphatronic 2000 PCS推进控制系统数学模型
• 4.2.3 Alphatronic 2000 PCS推进控制系统的参数数据库
• 4.3 DGS8800e电子调速器系统
• 4.3.1 DGS8800e电子调速器的硬件结构组成
• 4.3.2 DGS8800e电子调速器结构原理
• 4.4 螺距控制器
• 第5章 调距桨推进装置及控制系统仿真的实现
• 5.1 船舶调距桨推进装置及其控制系统仿真模型
• 5.2 软件的设计与实现
• 5.2.1 界面设计概述
• 5.2.2 界面设计与功能简介
• 5.3 仿真结果分析
• 5.3.1 稳态仿真
• 5.3.2 动态仿真
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历