某艦CODAD推進(jìn)裝置動(dòng)態(tài)性能及其控制策略的仿真研究.pdf

1、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是利用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的試驗(yàn)，它是預(yù)測和研究系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的有效手段，主要特點(diǎn)是投資少，見效快，無風(fēng)險(xiǎn)。某艦是我國正在研制的新型艦艇，其動(dòng)力裝置主要由四臺(tái)PA6柴油機(jī)，兩個(gè)液力偶合器，兩個(gè)減速齒輪箱和兩個(gè)調(diào)距槳和一套控制系統(tǒng)組成。由于國內(nèi)首次使用相繼增壓的PA6柴油機(jī)，并無經(jīng)驗(yàn)可借鑒，同時(shí)該艦具有使用工況多，技術(shù)要求高等特點(diǎn)，保證該艦推進(jìn)裝置安全可靠的工作是至關(guān)重要的。 船用柴油機(jī)的建模方法大致可分為四

2、類：線性化模型、準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型、充排模型和壓力波模型。線性化模型是一種忽略次要因素的簡化方法，對系統(tǒng)做了很多的假設(shè)，這種模型與線性化工況點(diǎn)有很大的關(guān)系，不適用于大幅變動(dòng)工況的研究。準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型把柴油機(jī)的動(dòng)態(tài)過程看成一系列的穩(wěn)態(tài)過程組成，其基礎(chǔ)是柴油機(jī)各部分的穩(wěn)態(tài)特性、基本的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)方程以及基于實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)公式，在穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立動(dòng)態(tài)模型，可用于動(dòng)態(tài)性能實(shí)時(shí)仿真和非實(shí)時(shí)的瞬態(tài)性能分析及優(yōu)化。充排模型主要用于非實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)性能分析及穩(wěn)態(tài)

3、性能預(yù)測，它基于放熱規(guī)律，對氣缸內(nèi)工作過程進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，主要用于柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)性能的精確預(yù)測。壓力波模型的缸內(nèi)過程模型和充排法相同，但是它進(jìn)一步考慮了壓力波在進(jìn)排氣管內(nèi)的傳播過程，是這四種方法中計(jì)算量最大，同時(shí)也是精度最高的一種方法。根據(jù)本課題的特點(diǎn)，作者采用Matlab/Simulink仿真工具，參考了國內(nèi)外柴油機(jī)的建模方法，在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)上，建立了該艦的主機(jī)的仿真模型，同時(shí)還建立了CODAD裝置的其他各個(gè)部件以及螺旋槳的仿真模型，并利

4、用該仿真模型與某研究所建立的控制系統(tǒng)模型接口，通過聯(lián)調(diào)驗(yàn)證了該模型是基本正確的，同時(shí)對控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定提供一定參考。 利用聯(lián)調(diào)好的推進(jìn)裝置和控制系統(tǒng)的仿真模型，本文還研究了本艦四機(jī)雙槳工作時(shí)，從前進(jìn)一正常加速以及緊急加速至前進(jìn)五的動(dòng)態(tài)過程，分析了在緊急加速過程中，加有負(fù)荷限制和不加負(fù)荷限制兩種情況下艦船推進(jìn)裝置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，仿真結(jié)果表明加速過程中必須加有負(fù)荷限制，否則柴油機(jī)很容易超負(fù)荷，導(dǎo)致故障。此外，根據(jù)本推進(jìn)裝置的特點(diǎn)，利用該

5、仿真模型，本文討論了雙機(jī)接脫排過程中，兩臺(tái)柴油機(jī)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移情況以及相應(yīng)的液力偶合器的工作情況。 在本文中，作者還針對本推進(jìn)裝置的特點(diǎn)，介紹了各種工況下的機(jī)槳配合情況。 由于本艦的推進(jìn)裝置為四機(jī)雙槳工作，用非線性的液力偶合器與減速齒輪箱進(jìn)行功率傳遞，同時(shí)驅(qū)動(dòng)可調(diào)槳，對于如此復(fù)雜的推進(jìn)裝置的仿真研究在國內(nèi)尚屬首次，同時(shí)數(shù)據(jù)不足，因而在建模過程中難免會(huì)有不足的地方，在本文的總結(jié)部分，作者結(jié)合在聯(lián)調(diào)過程的體會(huì)，提出了本仿真模型有