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1、第25卷 第1期交通部上海船舶运输科学研究所学报Vol.25No.12002年6月 JOURNALOFSSSRIJun.2002 文章编号:100024696(2002)0120034206船舶动力装置仿真中的仿真控制系统徐 斌(船舶自动化部)摘 要:介绍船舶动力装置仿真中的仿真控制系统,提出采用MATLAB仿真软件建立动力装置仿真控制系统的思路,并通过对调速系统的分析,建立了电液执行机构和控制器的仿真模型。最后,建立了通用的仿真控制策略———船舶仿真车令库和仿真命令(仿真接口),并说明采用MATLAB建立动力装置仿真控制系统的可行
2、性。关键词:计算机仿真;船舶动力装置;控制系统中图分类号:TP391.9 文献标识码:ATheSimulationControllingSysteminSimulatingMarinePowerPlantXUBin(NavalShippingAutoDivision)Abstract:Thesimulationcontrollingsysteminsimulatingmarinepowerplantsisdescribed.Theideaofsettingupsimulatincontrol2lingsystemwithMATLAB
3、simulationsoftwareisputforth,andthesimulationmodelofelectro2hydraulicoperatorandcontrollerisestablishedonthebasisofanalysisofspeedregulatingsystem.Thegeneralsimulationcontrolstrategy,i.e.shipsimulationengineor2derdatabaseandsimulationorder(simulationinterface)isfinallyse
4、tup.TheavailabilityofadoptingMATLABtosetupsimulationcontrolsystemofpowerplantisalsoexplained.Keywords:Computersimulation;marinepowerplant;controlsystem1 动力装置仿真与仿真控制系统1.1 动力装置仿真舰船动力装置推进系统是由主机、传动设备、螺旋桨(定距桨或调距桨)以及舰船本体所组成。而现在,随着舰船船速的增加,推进功率的提高,舰船越来越多的采用联合动力装置,即由燃汽轮机与燃汽轮机或柴油机
5、组的CODOG、COGAG、CODAG,柴油机与柴油机组成的CODAD等。这类装置的运行和控制包括了机—(调距)桨匹配和联控、瞬态负荷限制、转速控制、功率平衡及其它参数的控制、推进模式的切换控制、船舶换向时的控制等问题。因此,需要作大量的仿真实验。同时,船舶动力装置推进系统本身是一个复杂的非线性系统,无法用常规的分析方法计算它在各种机动工况下的动态特性,而借助于陆上试验和海上试验费时长、投资多、风险大,且受到各种条件的限制。计算机仿真是利用系统的数学模型在计算机上进行的实验,它是预测和评估系统总体性能的有效手段。主要特点是投资少、无风险
6、、见效快且不受实验条件的限制。利用计算机仿真技术来研究推进系统,可以预测和掌握它在各种工况的动态性能。仿真结果可用来评价船机桨匹配动态性能和确定动力装置监控系统的控制策略和最优控制规律,指导控制系统的设计,保证动力装置的安全可靠的运行。[1]其实,早在上世纪60年代,计算机仿真技术就已开始在船舶设计中得到应用。并且随着动力装置复收稿日期:2002201222徐 斌:船舶动力装置仿真中的仿真控制系统35杂性的不断提高,船舶推进装置仿真技术也在不断发展,对于仿真的实时性以及精度要求越来越高,舰船动力装置仿真技术也在不断完善。1.2 仿真控制
7、系统以CODAD型式的推进装置(即由4台柴油机,通过双机并车的方式,驱动2只可调螺距桨)为例,介绍双机单桨动力装置的仿真控制系统,系统框图示于图1。图1“船—机—桨性能匹配”动力装置仿真框图 从图中可以看出除了常规的动力装置模型(主机模型、传动设备模型、螺旋桨模型和船体模型)外,还有仿真控制系统的模型(控制系统和仿真指令)。这部分主要完成转速调节、螺距调节、换向、液力偶合器接合与脱开、负荷分配与功率平衡、自动负荷控制、保护限制、应急操纵等功能。2Matlab/Simulink/Stateflow仿真软件的特点在传统的仿真中,常用的仿真
8、软件有ZFX、CSS、DARE—P等。这些软件的特点大都是建模时间长、编程量大、运算速度慢、精度低、实时性差。但是,现在随着计算机仿真的发展,出现了许多非常有效的建模和仿真的软件。如,BoeingEasy5
