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Presented By Harry Mills / PRESENTATIONPRO 船舶柴油机仿真技术发展报告 The simulation of marine engine 宣讲人： 学号： 船舶柴油机仿真技术概述 船舶柴油机仿真的内容众多，根据所查阅文献，本文将船舶柴油机仿真研究分为以下三部分内容： 对柴油机建模方法研究 开发先进的轮机模拟器 面向柴油机关键部分仿真 船舶柴油机仿真主要涵盖哪些内容？ 柴油机建模 柴油机模型 如图所示，柴油机动力装置结构复杂，涉及因素广泛，很难完全模拟出其工作状况，故根据仿真目的不同以及计算机运行速度出现多种柴油机建模方法。其大致有线性化模型、容积法模型、准稳态模型、平均值模型、状态空间模型、智能算法建模几种建模方法。 Tz Timm Pim Pz Pem Tem mt(1) Pb Tc Tt nte ng Tl Tf Ti mf(1) ne mout(1) mc(1) Tc Ta Pa ntc Ts Ps Tcwi 散热 损失 扫气箱 中冷器 压气机 气缸燃烧过程 曲柄连杆机构 柴油机动力学 涡轮 转子 涡轮 排气管 排温 负载 摩擦 燃油喷射系统 柴油机模型组成示意图 柴油机建模 线性化模型 线性模型忽略了工作过程中的非线性因素，或假设系统是处在平衡点附近变化，得到的是一个忽略了次要因素的简化模型。 通常考虑柴油机齿杆为输入，转速为输出的单输入单输出系统，最终把柴油机看成一阶惯性环节。 比较著名有: -Flower等人得到的传递函数模型 -Kamei等人实现的线性模型 柴油机建模 容积法模型 容积法又称充排法。它把柴油机系统分解为各个容积单元,并把每一瞬态容积单元内的状态看成是均匀的，把燃烧看成是按照一定规律向系统加入热量的过程，把气缸看成是一个零维均匀的整体。 研究进展: -94年雅典国立工业大学轮机工程实验室的N.P.Kyrtatos等人建立船用柴油机容积法模型，利用实船测取的数据验证模型的准确性 -04年PatrickKirchen提出了用于喷油正时预测的热力学模型 -06年Gregory M.shaver等人提出了带有可变气阀正时装置的HCCl内燃机模型 柴油机建模 准稳态模型 该模型把柴油机的动态过程看成是由一个个的稳态过程所组成，对于复杂的热力过程可以采用经验公式或者特性曲线的方法并附加一阶或二阶惯性环节来建立仿真过程模型，参数采用柴油机一个工作循环的平均值。 研究进展: Benson在准稳态模型方面做了大量的工作，用模拟计算机实现了柴油机的实时仿真 日本神户海事大学的Lan用7个经验公式，加16个解析方程组成船用柴油机的动态模型，该模型的计算时间只有容积法的1/100~1/20 柴油机建模 平均值模型 这一模型是线性模型和容积法模型的结合，既利用了线性模型在计算气缸内性能方面的简单性，也利用了容积法模型能更好的体现进排气歧管中气体压力和温度瞬态变化的特点，被广泛应用于柴油机非线性控制与状态观测。 研究进展: 段树林在1999年应用平均值模型实现了涡轮增压柴油机的动态仿真 常久鹏等人在2000年利用平均值模型实现柴油机电控算法的仿真分析 2001年，Devesh建立了新型柴油机的平均值模型并进行了柴油机进排气系统的控制算法的研究 2004年，帅英梅等人给出涡轮增压柴油机平均值模型，并给出两种计算涡轮增压器的方法 2010年，周海涛等人将平均值模型用于用于高压共轨柴油机电控平台的开发 柴油机建模 状态空间模型 状态空间模型也是一种描述动态系统的建模方法。其在原有的平均值模型基础上加上一定状态参数，用以描述柴油机中气体的过程变化。 研究进展: 97年S.Quenou-Gamo等人在平均值模型的基础上提出了包含六个状态变量的状态空间模型 98年M.Jankovic等人针对带有EGR装置的车用柴油机提出了用于气体通道控制的三阶状态空间模型，并设计了控制算法 03年M.Jung在研究排放控制时，把气体通道的模型转化为三个状态变量的线性变参数状态空间模型，并进行了详细研究并设计了控制算法 柴油机建模 智能算法模型 用于动态仿真和控制分析的柴油机模型还包括各种智能算法建立的模型。利用神经网络可以逼近任意非线性函数的特点,通过建立神经网络模型来取代柴油机的工作过程,再利用这些模型对柴油机进行性能研究、控制系统的设计及仿真。 研究进展: 02年Dovifaaz等人用神经网络技术进行柴油机建模并进行排放污染控制的研究 03年Zeng Fan-ming等用Elman网络建立柴油机模型,并进行仿真 05年Shi Wei-Feng等人用神经网络完成