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船舶发动机分布式控制系统平台技术研究
| 论文题名： | 船舶发动机分布式控制系统平台技术研究 |
| 关键词： | 船用发动机;分布式控制系统;CAN总线 |
| 摘要： | 随着发动机控制功能需求以及复杂性的日益增加，传统单一控制器在适应性、运算能力以及硬件资源等方面已逐渐无法满足控制系统的需求，而分布式控制系统的采用可以更加简洁、方便的将复杂的发动机控制任务拆分成若干子任务，由各个控制单元协同完成，目前采用基于CAN总线的发动机分布式控制系统已成为一种趋势。本文针对发动机控制系统的可靠性、实时性以及可扩展性等需求，对发动机控制系统采用分布式架构，并基于软总线的设计思想完成发动机控制软件的设计，使得发动机控制系统具备多节点协同运行和故障容错等功能。本文主要工作内容如下: 首先，本文从船用发动机控制系统的需求出发，对船用发动机分布式控制系统总体架构进行设计，提出分布式控制系统的软硬件架构。基于软总线的发动机分布式系统控制软件，采用分层设计思想，将软件分为应用层、软总线层以及操作系统层三个层次。对于应用层，以船用高压共轨柴油发动机控制系统作为研究对象，为提高系统实时性，引入实时操作系统作为软件运行环境，提出发动机控制软件应用层任务划分和设计原则，并根据所提出的原则完成应用层设计。本文还引入CANopen协议作为各节点的通信协议，并将通信协议嵌入实时操作系统中，针对数据的读取和写入速度不一致而导致数据丢失问题，本文采用消息列队机制实现报文收发。 其次，为更好地对网络中各节点进行统一管理，在各节点的应用层和操作系统层之间引入软总线设计一个通信中间件。软总线又包括任务管理、资源管理和通信管理，并针对软总线的各个管理模块进行了详细设计。软总线的引入实现了分布式系统中各节点间的协同运行、资源交互、动态冗余等功能。 再次，针对发动机分布式控制系统的可靠性需求并结合发动机分布式系统结构特点，分析了高压共轨柴油发动机控制系统的常见典型故障，根据不同类型故障对系统的影响情况将故障进行等级划分。同时对分布式控制系典型故障的诊断及处理策略进行详细设计，保证系统在发生一些典型故障时，能够提供基本的管理功能和控制需求，进而提高发动机控制系统的容错性。 最后，利用ETAS系统建立的HIL试验平台对发动机分布式控制系统软件功能进行仿真验证，并对分布式控制系统基本控制功能的完整性、故障重组功能以及系统的容错性等进行测试。实验结果表明基于软总线的发动机分布式控制系统软件能够满足系统的控制和容错功能需求，且具有很好的可靠性。 |
| 作者： | 蒋中州 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 宋恩哲;金江善 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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