某舰CODAD推进装置动态性能及其控制策略的仿真研究

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计算机仿真技术是利用系统的数学模型,在计算机上进行的试验,它是预测和研究系统动态性能的有效手段,主要特点是投资少,见效快,无风险。某舰是我国正在研制的新型舰艇,其动力装置主要由四台PA6柴油机,两个液力偶合器,两个减速齿轮箱和两个调距桨和一套控制系统组成。由于国内首次使用相继增压的PA6柴油机,并无经验可借鉴,同时该舰具有使用工况多,技术要求高等特点,保证该舰推进装置安全可靠的工作是至关重要的。 船用柴油机的建模方法大致可分为四类:线性化模型、准稳态模型、充排模型和压力波模型。线性化模型是一种忽略次要因素的简化方法,对系统做了很多的假设,这种模型与线性化工况点有很大的关系,不适用于大幅变动工况的研究。准稳态模型把柴油机的动态过程看成一系列的稳态过程组成,其基础是柴油机各部分的稳态特性、基本的动力学和热力学方程以及基于实验的经验公式,在稳态试验数据的基础上建立动态模型,可用于动态性能实时仿真和非实时的瞬态性能分析及优化。充排模型主要用于非实时的动态性能分析及稳态性能预测,它基于放热规律,对气缸内工作过程进行详细的计算,主要用于柴油机稳态性能的精确预测。压力波模型的缸内过程模型和充排法相同,但是它进一步考虑了压力波在进排气管内的传播过程,是这四种方法中计算量最大,同时也是精度最高的一种方法。根据本课题的特点,作者采用Matlab/Simulink仿真工具,参考了国内外柴油机的建模方法,在准稳态的基础上,建立了该舰的主机的仿真模型,同时还建立了CODAD装置的其他各个部件以及螺旋桨的仿真模型,并利用该仿真模型与某研究所建立的控制系统模型接口,通过联调验证了该模型是基本正确的,同时对控制系统参数设定提供一定参考。 利用联调好的推进装置和控制系统的仿真模型,本文还研究了本舰四机双桨工作时,从前进一正常加速以及紧急加速至前进五的动态过程,分析了在紧急加速过程中,加有负荷限制和不加负荷限制两种情况下舰船推进装置的动态响应,仿真结果表明加速过程中必须加有负荷限制,否则柴油机很容易超负荷,导致故障。此外,根据本推进装置的特点,利用该仿真模型,本文讨论了双机接脱排过程中,两台柴油机的负荷转移情况以及相应的液力偶合器的工作情况。 在本文中,作者还针对本推进装置的特点,介绍了各种工况下的机桨配合情况。 由于本舰的推进装置为四机双桨工作,用非线性的液力偶合器与减速齿轮箱进行功率传递,同时驱动可调桨,对于如此复杂的推进装置的仿真研究在国内尚属首次,同时数据不足,因而在建模过程中难免会有不足的地方,在本文的总结部分,作者结合在联调过程的体会,提出了本仿真模型有待改善的地方。
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