大型低速二冲程船用柴油机建模及仿真

以6S60MC船用柴油机为仿真对象,融合传统柴油机的准稳态模型和容积法模型建模优点,详细介绍了大型低速二冲程船用柴油机动态过程实时仿真的平均值模型及建模方法.仿真结果表明,该模型具有较好的准确性和动态特性,可用于柴油机优化控制算法的设计、分析及仿真.     

米勒循环对船用低速柴油机性能影响的仿真研究

针对节能减排对船舶行业所具有的重要意义,对应用米勒循环技术的某型船用低速柴油机进行了模型验证与仿真计算,分析了米勒循环强弱对柴油机性能的影响,给出了米勒循环强弱对柴油机缸内压力、温度、放热率及NOx排放的影响规律,并对船用低速柴油机的综合性能进行了评估。研究结果表明：米勒循环强弱对柴油机缸内温度及放热率具有较大影响,控制米勒循环强弱能够显著降低NOx的排放,排气阀每晚关10oCA, NOx生成量降低6%-7%,当米勒循环增加到一定程度时,继续加强米勒循环将在降低NOx排放的同时,导致燃油经济性降低且需高压比的增压器匹配,使得配机成本增加,这些结论将为船用低速柴油机的进一步开发提供参考。     

船用低速柴油机实时仿真模型开发及应用

以某型小缸径船用低速柴油机为对象,基于该柴油机一维性能模型,开展实时仿真模型的快速开发和标定。比较了简化后实时仿真模型与原性能模型的计算时间和仿真精度。应用该模型在硬件在环测试平台上测试新研制的柴油机控制器。试验结果表明,该模型可正常接收和反馈正确的控制器指令和柴油机运行参数,满足电控系统硬件在环测试的试验要求。     

大型船用柴油机启动动力控制算法分析

原始启动动力控制算法不足以满足大型船舶柴油机的启动动力控制要求,且启动动力控制性能相对比较差。为了提高船用柴油机启动动力的受控率,提出大型船用柴油机启动动力的控制算法分析。根据柴油机启动动力原理,利用柴油机各部件输入和输出的近似动态关系式,建立启动动力系统动态数学模型。基于启动动力系统,计算大型船用柴油机启动动力控制输出量,依托大型船用柴油机启动动力控制规律的推导,完成了船用柴油机启动动力的控制算法分析。仿真结果表明,设计的控制算法相比于传统控制算法,受控率提升了51.9%,柴油机的启动动力受到了明显的控制,符合大型船舶的航行条件。     

大型低速柴油机性能预测动态模型

性能预测模型及其仿真是柴油机设计、电控和故障诊断研究的重要手段。容积法模型能准确反映缸内压力的变化,但计算耗时长。它具有动态仿真的能力,一般应用于稳态仿真。通过对缸内工作过程和涡轮增压器模型的简化,结合曲柄连杆机构动力学模型,建立了以容积法为基础的涡轮增压多缸柴油机动态模型。缸内工作过程以曲轴转角为计算单位,其他部分以时间为计算单位。模型可观测瞬态过程中各主要参数的变化。以6S60MC型船用柴油主机为例,用MATLAB/SIMULINK实现仿真模型,在XEON3.0G工作站进行仿真。仿真结果显示,模型数据与台架试验数据吻合良好,仿真300 s耗时245.4 s,满足实时仿真的要求。     

船用柴油机工作过程故障诊断的仿真研究

利用计算机数值计算方法进行了船用柴油机性能故障的仿真计算，通过对各故障下热工参数的特征分析，揭示了热工参数在不同性能故障、不同运行工况和不同航行工况下变化规律，探讨了热工特征参数的优化选择、性能故障的分类和计算机仿真建模等问题，提出了热工参数的相对偏差分析法，并介绍了人工神经网络在船用柴油机故障诊断中的具体应用。     

基于AVL BOOST的船用柴油机典型故障仿真及其数据分析

[目的]大型船用柴油机故障类型的数据通过台架试验或者实船来获取存在许多不利因素,因此针对柴油机的故障仿真数值计算就显得尤为重要,同时对故障排除及数据驱动的智能故障诊断系统的构建也具有重要意义。[方法]基于AVL BOOST软件和台架试验数据,建立柴油机仿真模型,验证4种负荷工况下仿真模型需满足的精度要求;基于100%负荷工况模型,采用控制变量法模拟柴油机发火点提前、单缸停油及曲轴箱窜气这些典型故障,并分析计算得到的数据。[结果]结果表明:发火点提前5°时,缸内最高燃烧压力提高了17.4%;第1缸停缸后,有效油耗率上升近15%;对于不同气缸停油情况,第2号和3号气缸停油时的特征参数变化幅度较小;随着活塞有效窜气间隙的增加,各特征参数基本上呈线性扩大趋势,在窜气间隙值为0.04 mm时,部分特征参数急剧增加,例如油耗率增加了近40%。[结论]所得结果可作为柴油机故障状态识别及智能故障诊断系统构建的重要依据,为探索船舶柴油机智能故障诊断技术提供新的途径。     

舰船柴油机的模块化建模与仿真

在柴燃联合动力装置半物理仿真平台的研究中，要求建立的柴油机模型能够较准确地反映瞬态过程中各主要参数的变化，满足进行实时仿真对模型的要求，同时具有通用性，以提高仿真模型的重复利用率。使用容积法建立涡轮增压柴油机模型，可以避免准稳态法中流量和压力关系的迭代计算，同时对计算量的要求又在合理的范围内。在大型系统仿真软件Easy5的支持下，采用了模块化的建模和仿真方法，利用已建立的舰船柴油机的模块库，可以连接组合模块建立各种配置的舰船柴油机模型。作为应用实例，建立了相继增压柴油机模型，并进行动态仿真。     

四冲程船用柴油机的建模和实时仿真

根据准稳态的概念，在充分多的试验数据的基础上，结合工作原理建立了适用于实时仿真的四冲程船用柴油机推进装置的多阶非线性动态模型。这种模型能反映柴油机内部各参数，精度较高，计算工作量适中。     

基于GRNN算法的船用柴油机性能曲线模拟与油耗率预测

根据4190ZLC-2船用四冲程增压柴油机实际实验测得数据,建立基于广义回归神经网络(GRNN)的柴油机性能曲线和燃油消耗率预测模型。在所得实验数据中,选取柴油机油门、转速、扭矩等参数数值作为网络输入,柴油机的燃油消耗率作为网络输出。仿真结果表明:基于GRNN模型的神经网络学习速度快,预测精度高,可以很好地适用于柴油机燃油消耗率的性能预测中,并且能很好的实现预测仿真的效果。模型建立之后,可以根据测得数据实时了解柴油机的运行工况及性能状态。