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船用中速柴油机硬件在环建模与仿真
| 论文题名： | 船用中速柴油机硬件在环建模与仿真 |
| 关键词： | 船用柴油机;控制系统;仿真计算;软件模型 |
| 摘要： | 船用柴油机存在降低油耗和排放的双重挑战，这一要求的实现离不开柴油机电子控制技术的应用，而控制策略使得电子控制单元（ECU）的功能复杂，相应的开发难度也大大增加，特别是多目标控制需要通过大量试验来优化参数，系统尺寸大、实机标定试验费用高的船用柴油机采用传统的开发模式无疑会出现高成本问题，采用硬件在环仿真技术则可降低船用柴油机控制系统的开发成本，并增加控制系统开发测试的高效性和灵活性。 论文作者以MAN6L16/24型船用中速柴油机为研究对象，根据柴油机工作原理和结构，利用LABCAR硬件在环系统，采用模块化建模技术，建立满足硬件在环仿真需要的柴油机实时模型，并将其集成到硬件在环仿真平台。主要研究内容和结论如下： （1）根据柴油机工作原理和容积法建模思想，建立了船用中速柴油机数值模型：采用变工况燃烧放热率，克服了柴油机模型非额定工况精度差的缺点；建立摇臂杠杆模型，利用进排气凸轮型线计算了进排气阀升程，同时考虑气阀间隙对进排气流量的影响，为气缸模型提供了更准确的边界条件；结合试验数据，建立了增压器简化模型，保证了模型的稳定性和实时性；引入曲柄连杆机构动力学模型，使柴油机模型具备动态运行的能力；为使柴油机模型的计算转速尽量接近真实的柴油机转速，采用了瞬时机械损失模型，考虑了机械损失随曲轴转角波动；在气缸作为控制容积基础上，开发了气缸双区模型，使模型具备了一定的排放预测能力。 （2）采用方框图和C-MEX S函数相结合的架构，在Simulink软件平台上建立了柴油机软件模型，满足了模型精度和实时性要求；采用模块化柴油机建模方法，可根据不同需求添加或删除部分模块；使用参数预处理技术，模型所用参数统一归放在同一个文件，便于参数修改与管理；采用“缸平移”法，大大节省了计算时间，增强了模型的实时性。 （3）根据柴油机试验结果，选择了合适的模型仿真算法，离线验证了柴油机模型的稳态性和动态过程的有效性；针对柴油机模型分别设计了负荷特性、推进特性仿真试验、突加突卸负荷试验，通过仿真计算参数与柴油机台架试验参数的对比，证实了模型的计算精度较高，满足了柴油机控制分析用建模的技术要求。 （4）利用LABCAR软硬件平台，在LABCAR-IP上进行了硬件板卡、CAN模块、信号连接和操作系统等配置，并将配置好的模块集成并编译成实时代码。在 LABCAR-EE上开发实验操作界面，实现了实验人员与柴油机模型的实时交互；通过硬件在环仿真的实时性统计，在一定运行时间内模型最大运行时间小于自身步长，进一步证实了柴油机模型实时性满足硬件在环仿真计算的要求。 |
| 作者： | 戴煜 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 杨建国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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