本文關(guān)鍵詞：船舶柴油推進裝置多工況數(shù)學(xué)模型及輪機實操評估系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 船舶柴油推進控制系統(tǒng) 容積法模型 輪機實操 虛擬現(xiàn)實 自動評估算法

【摘要】：目前大功率低速柴油機以其熱效率高、燃油消耗率低、可燃用劣質(zhì)燃油、可靠性好等優(yōu)點仍廣泛應(yīng)用于散貨船、油輪、集裝箱船等大型遠洋船舶。對大型低速船用柴油推進控制系統(tǒng)開展建模仿真工作,有助于分析其性能和運行特性,為深入開展控制和應(yīng)用研究奠定基礎(chǔ)。課題以船舶柴油推進控制系統(tǒng)的仿真與應(yīng)用為主線,圍繞輪機實操評估系統(tǒng)展開研究,該系統(tǒng)由輪機仿真模型、智能評估、試題庫及網(wǎng)絡(luò)通信四部分組成。針對輪機實操評估系統(tǒng)中船舶柴油推進裝置數(shù)學(xué)模型在主機故障、船舶風(fēng)浪天等特殊工況仿真方面尚有欠缺,且仿真系統(tǒng)中柴油機電子調(diào)速器PID單元在不同控制模式下PID參數(shù)整定問題,以及輪機實操考試人工評估主觀性強的問題,開展了以下研究工作：建立了一種能夠滿足輪機實操評估系統(tǒng)要求的船用柴油推進裝置多工況數(shù)學(xué)模型。以MAN BW 6S35MC大型船用低速二沖程柴油機為具體研究對象,采用模塊化建模思想,系統(tǒng)地建立船用大型低速二沖程柴油機容積法動態(tài)模型,包括壓縮空氣起動裝置模型、氣缸模型、掃氣箱模型、排氣總管模型、空氣冷卻器模型、廢氣渦輪增壓器模型以及船機槳動態(tài)模型,建模過程充分考慮了模型的全工況特性和故障仿真功能。采用VC++語言編寫代碼進行仿真研究,仿真研究內(nèi)容分為穩(wěn)態(tài)、動態(tài)過程仿真以及典型故障仿真。穩(wěn)態(tài)過程仿真包括不同工況下柴油機穩(wěn)定運行時的氣缸參數(shù)變化情況、換氣過程中掃氣口和排氣閥的流量變化規(guī)律以及燃燒放熱規(guī)律等,并將仿真結(jié)果與實船試驗數(shù)據(jù)、出廠試航數(shù)據(jù)進行對比來驗證模型的準確性；動態(tài)過程仿真包括不同工況下柴油機從起動到穩(wěn)定運行、船從靜止到穩(wěn)定船速運行過程,以及過渡工況下柴油機平均指示壓力、轉(zhuǎn)速和輸出瞬時扭矩等的變化情況：典型故障仿真包括柴油機單缸停油、噴油定時提前或滯后、排氣閥漏氣等故障下柴油機的運行情況。仿真研究結(jié)果表明了所建船舶柴油推進裝置多工況仿真模型的準確性。以Alphatronic 2000 PCS調(diào)距槳推進控制系統(tǒng)為例,開發(fā)了可視化船舶柴油推進控制仿真系統(tǒng),并基于一種改進的粒子群優(yōu)化算法研究不同控制模式下電子調(diào)速器PID單元參數(shù)整定問題。針對標準粒子群算法存在的搜索過程中種群多樣性易丟失、極易陷入局部最優(yōu)等弊端,提出一種結(jié)合種群多樣性增強機制和鄰域搜索策略的改進粒子群優(yōu)化(DESPSO)算法,以柴油機輸出轉(zhuǎn)速的超調(diào)量、上升時間和穩(wěn)態(tài)誤差為優(yōu)化指標項,建立DESPSO算法的適應(yīng)度函數(shù)。仿真實驗結(jié)果表明DESPSO算法具有較好的收斂性、穩(wěn)定性和較高的尋優(yōu)成功率,能有效地應(yīng)用于船舶柴油機電子調(diào)速器PID控制參數(shù)的優(yōu)化。開發(fā)了輪機實操評估系統(tǒng)的三維仿真界面并實現(xiàn)輪機實操考試的自動評估功能�？梢暬抡娼缑娌捎�3ds Max三維建模軟件來開發(fā),以實現(xiàn)場景漫游和人機交互等功能。在可視化輪機實操評估系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,針對實操考試提出了一種基于專家系統(tǒng)評分規(guī)則的模糊評估算法,該算法首先采用模糊層次分析法來確定一次考試中各道試題的權(quán)重系數(shù),然后設(shè)計通用試題評估規(guī)則表來設(shè)置各道試題的具體評估規(guī)則,實時跟蹤操作考試過程中相關(guān)變量的變化,進行答題過程評估和答題結(jié)束評估。評估過程中選用合適的隸屬函數(shù)來計算變量在檢測范圍內(nèi)的隸屬度,操作結(jié)束時自動打分并提供可查詢的扣分記錄。最后通過兩個具體的輪機實操例子來說明此平臺的實操考試自動評估結(jié)果與專家系統(tǒng)評分結(jié)果一致,驗證了該算法的可行性。
【關(guān)鍵詞】：船舶柴油推進控制系統(tǒng) 容積法模型 輪機實操 虛擬現(xiàn)實 自動評估算法
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U676.2
【目錄】：

• 創(chuàng)新點摘要5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第1章 緒論13-28
• 1.1 課題的背景及意義13-15
• 1.2 船舶柴油推進控制系統(tǒng)建模仿真國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-22
• 1.2.1 船舶動力裝置概述15-17
• 1.2.2 船舶柴油推進裝置計算機建模仿真研究現(xiàn)狀17-20
• 1.2.3 船舶柴油推進裝置控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀20-22
• 1.3 輪機實操評估系統(tǒng)研究現(xiàn)狀22-25
• 1.3.1 輪機模擬器國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀22-24
• 1.3.2 輪機實操評估系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用前景24-25
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容25-28
• 第2章 船舶柴油推進裝置多工況數(shù)學(xué)模型28-58
• 2.1 引言28
• 2.2 柴油機氣缸容積法模型28-44
• 2.2.1 容積法模型原理及基本假設(shè)28-29
• 2.2.2 基本微分方程29-31
• 2.2.3 工質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)31-33
• 2.2.4 氣缸工作容積變化率及周壁散熱率33-34
• 2.2.5 氣缸進排氣(閥)口流量34-35
• 2.2.6 氣缸變工況燃燒放熱規(guī)律35-37
• 2.2.7 氣缸內(nèi)各階段熱力過程分析37-44
• 2.3 柴油機起動裝置模型及起動過程分析44-45
• 2.4 二沖程柴油機進排氣系統(tǒng)模型45-49
• 2.4.1 空氣冷卻器模型46-47
• 2.4.2 掃氣箱模型47-48
• 2.4.3 排氣總管模型48-49
• 2.5 廢氣渦輪增壓器模型49-52
• 2.6 船機槳動態(tài)模型52-57
• 2.6.1 柴油機動態(tài)方程53-55
• 2.6.2 船舶運動方程55-56
• 2.6.3 推力系數(shù)和扭矩系數(shù)的計算56-57
• 2.7 本章小節(jié)57-58
• 第3章 船用二沖程柴油推進裝置多工況仿真研究58-76
• 3.1 引言58
• 3.2 仿真研究對象的主要參數(shù)58-60
• 3.2.1 船舶參數(shù)58-59
• 3.2.2 6S35MC型柴油機參數(shù)59-60
• 3.2.3 NA40/S型增壓器參數(shù)60
• 3.3 仿真環(huán)境及計算方法60-63
• 3.3.1 仿真步長61-62
• 3.3.2 仿真計算流程圖62-63
• 3.4 仿真結(jié)果分析63-75
• 3.4.1 柴油機穩(wěn)態(tài)過程仿真分析63-68
• 3.4.2 柴油機動態(tài)過程仿真分析68-71
• 3.4.3 典型故障仿真分析71-75
• 3.5 本章小結(jié)75-76
• 第4章 船舶推進控制仿真系統(tǒng)及電子調(diào)速器PID參數(shù)優(yōu)化76-97
• 4.1 引言76
• 4.2 Alphatronic 2000 PCS推進控制仿真系統(tǒng)76-81
• 4.2.1 Alphatronic 2000 PCS推進控制系統(tǒng)功能及組成76-78
• 4.2.2 DGS8800e電子調(diào)速系統(tǒng)及其PID調(diào)節(jié)單元78-79
• 4.2.3 Alphatronic 2000 PCS調(diào)距槳推進控制仿真系統(tǒng)仿真界面79-81
• 4.3 船舶柴油機電子調(diào)速器PID參數(shù)優(yōu)化算法研究81-92
• 4.3.1 問題的提出81-82
• 4.3.2 標準粒子群優(yōu)化算法82-85
• 4.3.3 基于多樣性增強與鄰域搜索策略的粒子群優(yōu)化(DESPSO)算法85-89
• 4.3.4 DESPSO算法性能測試89-92
• 4.4 DESPSO算法在柴油機PID參數(shù)優(yōu)化方面的應(yīng)用92-96
• 4.4.1 6S35MC型柴油機Matlab仿真模型92-93
• 4.4.2 優(yōu)化算法適應(yīng)度函數(shù)選取93
• 4.4.3 電子調(diào)速器PID單元參數(shù)優(yōu)化設(shè)計93-94
• 4.4.4 正常航行工況及惡劣工況仿真結(jié)果分析94-96
• 4.5 本章小結(jié)96-97
• 第5章 可視化輪機實操仿真系統(tǒng)及其評估算法研究97-128
• 5.1 引言97
• 5.2 可視化輪機實操評估系統(tǒng)的組成與網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)97-99
• 5.3 輪機實操評估系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實界面99-107
• 5.3.1 輪機虛擬場景的實現(xiàn)99-105
• 5.3.2 輪機可視化三維界面105-107
• 5.4 輪機實操評估系統(tǒng)模糊評估算法107-127
• 5.4.1 專家出題與評估規(guī)則設(shè)置107-111
• 5.4.2 基于模糊層次分析法的試題權(quán)重系數(shù)的確定111-113
• 5.4.3 輪機實操考試模糊評估算法設(shè)計與實現(xiàn)113-120
• 5.4.4 輪機實操考試自動評估算法實例驗證120-127
• 5.5 本章小結(jié)127-128
• 結(jié)論128-130
• 參考文獻130-139
• 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表論文139-140
• 致謝140-141
• 作者簡介141

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李惠萍;新型船舶推進裝置[J];能源技術(shù);2000年02期

2 肖鑫生;;360°全回轉(zhuǎn)舵槳推進裝置[J];船舶節(jié)能;2000年04期

3 汪涌泉,聶延生;調(diào)距槳推進裝置特性及控制原理分析[J];世界海運;2003年05期

4 吳中強;全方位推進裝置的優(yōu)化和發(fā)展研究[J];武漢交通職業(yè)學(xué)院學(xué)報;2005年01期

5 李積軒;;2007年度全球船用推進裝置訂單報告[J];柴油機;2008年01期

6 姚軍;;用于替代掛槳機的外掛式推進裝置[J];中國修船;2008年S1期

7 高飛;呂建剛;張曉濤;白向華;;模仿蛇怪蜥蜴的仿生推進裝置結(jié)構(gòu)研究[J];現(xiàn)代制造工程;2012年08期

8 高飛;呂建剛;張曉濤;白向華;;輪-葉復(fù)合式推進裝置運動仿真分析[J];計算機仿真;2012年06期

9 克勞斯·科瓦萊夫斯基;陳毓娟;;側(cè)推裝置的技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)[J];國外艦船技術(shù)(特輔機電設(shè)備類);1981年11期

10 盧銘安;;船舶的超導(dǎo)電推進裝置[J];天津航海;1982年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 翁烈勝;黃連中;孟維明;郝俊利;;穿梭油輪推進裝置分析[A];現(xiàn)代船舶機電維修技術(shù)（2005）[C];2005年

2 呂建剛;白向華;戴福隆;;輪-葉復(fù)合式推進裝置力學(xué)仿真與實驗研究[A];第十三屆全國實驗力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2012年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 特約記者 李積軒;船市火爆帶旺推進裝置訂購[N];中國船舶報;2007年

2 李積軒;羅·羅推進裝置配套鉆井船將達百艘[N];中國船舶報;2013年

3 渝洲;中高速船機受市場青睞[N];中國船舶報;2008年

4 渝州;博格首獲巴西推進裝置訂單[N];中國船舶報;2010年

5 陳杏兒;船用推進裝置市場需求旺[N];中國船舶報;2007年

6 歐洲船用設(shè)備委員會主席瓦錫蘭船舶動力部副總裁 艾雅克;提高船舶能效不能孤軍奮戰(zhàn)[N];中國船舶報;2009年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 張巧芬;船舶柴油推進裝置多工況數(shù)學(xué)模型及輪機實操評估系統(tǒng)研究[D];大連海事大學(xué);2016年

2 何苗;一體化節(jié)能推進裝置的構(gòu)型設(shè)計及水動力性能預(yù)報[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 譚超;船舶吊艙式液壓推進裝置設(shè)計研究[D];大連海事大學(xué);2015年

2 吳梅;船舶調(diào)距槳推進裝置及控制系統(tǒng)的建模與仿真研究[D];大連海事大學(xué);2008年

3 姚黎明;船舶柴—燃聯(lián)合主動力推進裝置及其控制系統(tǒng)的建模與仿真研究[D];大連海事大學(xué);2008年

4 吳爽;船舶調(diào)距槳推進裝置及其控制系統(tǒng)的建模與仿真研究[D];大連海事大學(xué);2006年

5 戴晶;船舶全回轉(zhuǎn)推進裝置智能控制技術(shù)研究[D];中國艦船研究院;2012年

6 李明;船舶調(diào)距槳推進裝置的數(shù)學(xué)建模與仿真研究[D];大連海事大學(xué);2009年

7 劉志悅;基于8-8型并聯(lián)機構(gòu)擺動推進裝置設(shè)計與實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

8 吳東杰;主推進裝置優(yōu)化設(shè)計及仿真研究[D];武漢理工大學(xué);2012年

9 尚二國;調(diào)距槳推進裝置控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D];武漢理工大學(xué);2009年

10 段長曉;LNG船主推進裝置的選擇和雙燃料發(fā)動機的經(jīng)濟性研究[D];上海海事大學(xué);2007年

，

本文編號：827026