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基于自动同步离合器CODOG动力装置半物理仿真研究

作　者: 李鹍
导　师: 翁史烈
学　校: 上海交通大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: CODOG 半物理仿真 自动同步离合器 燃气轮机
分类号: U664.131
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


柴-燃交替联合动力装置(CODOG)很好地解决了舰船全速航行时的大功率要求与巡航时的经济性要求之间的矛盾。在巡航状态下,由柴油机提供动力输出,满足经济性的要求;在全航速状态下,由燃气轮机提供动力输出,满足大功率的要求。柴-燃交替联合动力装置(CODOG)在军舰上已得到较为普遍的应用,受到各国海军的高度重视。半物理仿真是动力装置控制系统研发设计过程中常用的实验手段和技术工具,与计算机仿真相比具有更高的工程应用价值,同时又避免了全物理实验所带来的高风险、高成本问题,它能够有效地缩短项目开发时间,提高设计质量。本文以船用三轴燃气轮机模型为基础,基于自动同步离合器等实物部件设计搭建了CODOG动力装置半物理仿真系统,并进行了半物理仿真实验研究。主要工作包括:(1)采用非线性模块化的方法,在Labview平台上分别建立高压压气机模块、低压压气机模块、燃烧室模块、高压涡轮模块、动力涡轮模块,转子模块、负载模块等模块库,搭建了船用三轴燃气轮机的动态仿真模型。(2)建立了半物理仿真系统软件平台和PXI测控系统。软件平台由系统项目管理、人机交互界面、燃气轮机仿真模块、数据通信接口、数据存储等部分构成。PXI测控系统通过PXI 6229板卡的模拟输出控制驱动电机变频仪,实现与FC2011测功机控制仪间的串口通信。(3)对半物理仿真平台中各硬件系统与软件平台进行闭环联调,验证系统实时性,为进行联合动力装置的半物理仿真实验奠定基础。(4)利用所建立的CODOG动力装置半物理仿真系统进行模型端扰动和物理部件扰动的半物理仿真实验,并进行了柴燃联合动力的切换过程试验,为柴燃联合动力装置的动态特性研究及控制系统测试提供指导。仿真实验结果证明CODOG动力装置半物理系统的设计是可行的,能够完成预期的要求,为进一步研究CODOG动力装置的动态特性和控制系统校核和测试提供了技术手段。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-13
第一章 绪论  13-18
  1.1 研究背景  13-15
  1.2 CODOG 国内外应用及研究状况  15
  1.3 动力装置仿真国内外研究进展  15-16
  1.4 半物理仿真国内外应用及研究进展  16-17
  1.5 本文的主要工作  17-18
第二章 船用三轴燃气轮机建模仿真研究  18-45
  2.1 燃气轮机模型分类及模块化建模  18-23
    2.1.1 燃气轮机轴系布置方案  18-21
    2.1.2 燃气轮机数学模型分类  21
    2.1.3 模块化建模  21-23
  2.2 空气燃气热力性质  23-27
  2.3 船用三轴燃气轮机建模  27-38
    2.3.1 压气机模块  28-30
    2.3.2 管道容积模块  30-32
    2.3.3 燃烧室模块  32
    2.3.4 涡轮模块  32-36
    2.3.5 转子模块  36-37
    2.3.6 负载模块  37-38
  2.4 仿真平台介绍  38-40
  2.5 燃机模型验证  40-44
  2.6 本章小结  44-45
第三章 CODOG 动力装置半物理仿真系统设计  45-70
  3.1 CODOG 联合动力装置  45-46
  3.2 半物理仿真系统总体设计  46-48
  3.3 硬件系统设计  48-57
    3.3.1 自动同步离合器  48-49
    3.3.2 双速比并车齿轮箱  49-50
    3.3.3 FC2011 电力测功机及控制仪  50-51
    3.3.4 驱动电机及变频仪  51
    3.3.5 PXI 测控系统  51-57
    3.3.6 上位机  57
  3.4 软件系统设计  57-67
    3.4.1 软件系统项目设计  57-58
    3.4.2 交互界面设计  58-60
    3.4.3 燃气轮机仿真模块  60-61
    3.4.4 数据通信接口  61-65
    3.4.5 数据存储  65-66
    3.4.6 自动控制  66-67
  3.5 实时性验证  67-68
  3.6 本章小结  68-70
第四章 半物理仿真实验研究  70-83
  4.1 模型扰动实验  70-76
    4.1.1 功率上升实验  71-74
    4.1.2 功率下降实验  74-76
  4.2 负载扰动实验  76-80
    4.2.1 负载上升扰动  76-79
    4.2.2 负荷下降扰动  79-80
  4.3 柴-燃切换实验  80-82
  4.4 本章小结  82-83
第五章 总结与展望  83-85
  5.1 工作总结  83
  5.2 工作展望  83-85
参考文献  85-88
致谢  88-89
攻读学位期间已发表或录用的论文  89-91

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 船舶机械 > 船舶动力装置 > 燃气动力装置 > 燃气轮机
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