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        基于AMESim的雙機(jī)并車(chē)仿真研究

        2012-01-22 11:21:18,
        船海工程 2012年2期
        關(guān)鍵詞:動(dòng)力裝置雙機(jī)階次

        ,

        (上海交通大學(xué) 海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200240)

        聯(lián)合動(dòng)力裝置是指不同的動(dòng)力系統(tǒng)聯(lián)合,發(fā)展至今,有多種多樣的形式,最常見(jiàn)的為燃-燃、柴-燃、柴-柴聯(lián)合動(dòng)力裝置,其中尤其以柴-燃聯(lián)合為多。

        然而,跟傳統(tǒng)的柴-燃聯(lián)合動(dòng)力裝置相比,雖然柴-柴聯(lián)合動(dòng)力裝置能提供的功率范圍相對(duì)較小,但在滿(mǎn)足需要的情況下,最佳選擇仍然是柴-柴聯(lián)合動(dòng)力裝置,尤其是將數(shù)臺(tái)中速柴油機(jī)聯(lián)合,則更能發(fā)揮出柴-柴聯(lián)合動(dòng)力裝置的優(yōu)勢(shì)[1]。

        柴-柴聯(lián)合動(dòng)力裝置(CODAD)主要是將數(shù)臺(tái)柴油機(jī)通過(guò)齒輪箱并車(chē)。與其它的聯(lián)合動(dòng)力裝置相比,柴-柴聯(lián)合動(dòng)力裝置具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)[2]:①能夠提供較大的輸出功率;②跟耗油率和燃油品質(zhì)都有高要求的柴-燃聯(lián)合動(dòng)力裝置中的燃汽輪機(jī)相比,CODAD具有更好的經(jīng)濟(jì)性;③能提供多種運(yùn)行模式,可以適應(yīng)不同的工況需求[3]。

        1 試驗(yàn)臺(tái)介紹

        雙機(jī)并車(chē)試驗(yàn)臺(tái)基本組成見(jiàn)圖1。

        圖1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本組成

        1)試驗(yàn)臺(tái)的兩臺(tái)柴油機(jī)為6105Q和495AC,額定功率為95.6和31.6 kW,額定轉(zhuǎn)速為2 800和2 000 r/min。柴油機(jī)均通過(guò)軸系與減速齒輪箱相連,且?guī)в腥淌綑C(jī)械調(diào)速器。

        2)該試驗(yàn)臺(tái)中選用了兩種減速齒輪箱。其中6105Q柴油機(jī)一側(cè)連接著MB170齒輪箱;而495AC柴油機(jī)一側(cè)則連接著S40雙速比減速齒輪箱。通過(guò)聯(lián)軸器,齒輪箱與SSS離合器相連。

        3)SSS離合器的作用是當(dāng)輸入端與輸出端的轉(zhuǎn)速相同時(shí),離合器會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)嚙合或脫離嚙合,從而使動(dòng)力輸入與輸出設(shè)備連接或分離。

        4)并車(chē)齒輪箱。與測(cè)功器連接。

        5)增速器型號(hào)為ZDH350,速比1∶3.5。

        6)電渦流測(cè)功器型號(hào)為GW250,該電渦流測(cè)功器具有精度高,轉(zhuǎn)速大等優(yōu)點(diǎn);另外,其功率調(diào)節(jié)范圍及控制性能也有明顯優(yōu)勢(shì),實(shí)驗(yàn)可在更精確可靠的工況下進(jìn)行。

        7)測(cè)控系統(tǒng)為FC2000發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng),生產(chǎn)商為湖南湘儀動(dòng)力測(cè)試儀器有限公司。該測(cè)控系統(tǒng)運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù),通過(guò)數(shù)字分段PID調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷,控制特性無(wú)擾動(dòng)且種類(lèi)多樣,具有良好的安全性能。

        2 建立聯(lián)合動(dòng)力裝置模型

        整個(gè)雙機(jī)并車(chē)系統(tǒng)由兩臺(tái)柴油機(jī)模型(用同一個(gè)模型,設(shè)置不同參數(shù)),傳動(dòng)裝置模型、并車(chē)控制器模型等幾部分組成??傮w模型見(jiàn)圖2。

        圖2 總體模型

        2.1 柴油機(jī)本體模型

        考慮到一般性,在對(duì)柴油機(jī)建模時(shí),增加了渦輪增壓系統(tǒng)、空冷器系統(tǒng)以及集氣器系統(tǒng)[4]。另外,由于試驗(yàn)中一臺(tái)6105Q柴油機(jī)具體數(shù)據(jù)難以獲得,因此在試驗(yàn)中,假設(shè)兩臺(tái)495AC柴油機(jī)的模型進(jìn)行仿真。柴油機(jī)本體模型見(jiàn)圖3。

        圖3 柴油機(jī)本體模型

        本實(shí)驗(yàn)室購(gòu)買(mǎi)的AMESim軟件能夠較好地完成物理模擬,對(duì)外界環(huán)境簡(jiǎn)化,將輸入與輸出因素通過(guò)物理數(shù)值體現(xiàn)在具體模型上,見(jiàn)圖4。

        2.2 PID調(diào)速器模型

        PID控制包含PI和PD控制兩部分。PID控制器即是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例積分微分計(jì)算控制量而進(jìn)行的控制[5]。

        PID調(diào)速器模型見(jiàn)圖5,PID參數(shù)見(jiàn)圖6。

        2.3 SSS離合器模型

        為了盡量接近SSS離合器實(shí)際需求,主要是實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)與柴油機(jī)之間動(dòng)力切換的試驗(yàn),參考有關(guān)資料,利用MATLAB/SIMULINK建立柴油機(jī)與柴油機(jī)之間切換的SSS離合器模型見(jiàn)圖7。

        3 仿真結(jié)果

        初始外界輸入轉(zhuǎn)矩值設(shè)置為-1 000 N·m,通信時(shí)間間隔設(shè)為0.001 s,這樣每個(gè)變量可以得到10 000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),能更好地繪制光譜圖。

        AMESim軟件可與MATLAB/SIMULINK軟件結(jié)合進(jìn)行聯(lián)合仿真,將該模型在SIMULINK模塊中調(diào)試,SIMULINK仿真見(jiàn)圖8。

        由仿真結(jié)果知,AMESim與MATLAB的振動(dòng)模型仿真結(jié)果極其相似。其中,若考慮數(shù)字計(jì)算和模擬的準(zhǔn)確性,MATLAB更具優(yōu)勢(shì);而AMESim可繪制三維圖,能更好地得到模擬對(duì)象對(duì)于激勵(lì)從圖9中可知對(duì)于激勵(lì)信號(hào)的轉(zhuǎn)矩共有4個(gè)階次,分別對(duì)應(yīng)著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的頻率及其2、3、4倍。在這4個(gè)階次中,最為猛烈的是第一階次,而第二階次則相對(duì)較弱,之后的第三、四階次則更是微弱。由此可見(jiàn),在實(shí)驗(yàn)中,要考慮盡可能地減少第一、二階次的出現(xiàn),防止共振。

        圖4 AMESim柴油機(jī)模型

        圖5 PID調(diào)速器模型

        圖6PID調(diào)速器模型設(shè)置

        圖7SSS離合器模型

        圖8 聯(lián)合仿真轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)

        信號(hào)的反應(yīng)。對(duì)仿真結(jié)果繪制三維圖,見(jiàn)圖9。

        圖9 柴油機(jī)振動(dòng)階次三維圖

        [1] 侯馨光,張 敏.船舶主柴油機(jī)并車(chē)運(yùn)行新方法[J].上海造船,2008(1):24-27.

        [2] 吳杰長(zhǎng),陳國(guó)鈞,安玉昌,等.柴油機(jī)并車(chē)控制器試驗(yàn)平臺(tái)及監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)研究[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),2002(3):257-261.

        [3] 王朝紅.船舶動(dòng)力裝置雙機(jī)并車(chē)控制方法分析研究[J].船舶,2006(6):32-34.

        [4] 蔣德松,林洪貴.電力推進(jìn)原動(dòng)機(jī)雙機(jī)并車(chē)過(guò)程控制特性研究[J].集美大學(xué)學(xué)報(bào),2006(4):23-17.

        [5] 陸金銘.基于MATLAB的柴油機(jī)動(dòng)力裝置仿真[J].船舶工程,2002(5):38-40.

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