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.pdf

1、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

2、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 B&W6S35MC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

3、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(zhǔn)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、

4、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(zhǔn)確性。
　　以Alphatronic2000 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。

5、針對標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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

6、實操考試的自動評估功能?？梢暬抡娼缑娌捎?ds 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)