船用燃气轮机并车控制器设计与研究

摘要

船舶燃气轮机联合动力装置是一种具有适应工况范围大、机动性好、功率密度大等优点的动力装置,是未来船舶动力装置发展的重要方向,对燃气轮机联合动力装置相关技术研究具有重要的意义。本课题以船用燃气轮机联合动力装置为研究对象,分析了其并车、解列、切换等关键性环节,给出了运行过程中的控制要点,设计了运行控制策略,开发了船用燃气轮机并车控制器。本文所进行的研究工作如下:
　　首先,分别从船舶联合推进的控制方案、燃气轮机控制特点以及船舶推进装置匹配特性等三个角度进行分析,提出燃气轮机联合动力装置的控制要点,设计基于燃气轮机转速调节系统的平行式功率反馈控制策略,能够实现燃气轮机并车过程的稳定控制、功率分配均衡以及负荷的任意比例分配。
　　其次,分析船用燃气轮机并车控制器的设计需求,依据模块化设计思想,进行了船用燃气轮机并车控制器的硬件设计,主要包括:DSP最小系统、电源模块、CAN通讯模块、模拟信号模块以及人机接口模块,既能机旁控制、也能实现集控室远程控制,具有拓展性好、成本低廉、维护简单等特点。
　　再次,进行船用燃气轮机并车控制器功能设计,在Matlab/Simulink中建立燃气轮机联合动力运行控制策略模型,利用Matlab/EmbeddedTargetforTIC2000快速代码生成技术完成并车控制器的控制软件开发,采用LabVIEWTouchModuleforWinCE软件开发并车控制器人机接口功能设计,实现了船舶燃气轮机联合动力装置的运行监测以及并车、解列、切换等控制功能。
　　最后,在建立船用燃气轮机联合动力装置仿真模型,并基于Matlab/Real-TimeWindowsTarget实时仿真环境,设计半物理仿真实验平台,据此对并车控制器开展了并车、解列、切换等过程的并车控制器在环测试,测试结果表明,船用燃气轮机并车控制器在控制过程耗时和控制精度上满足实际运行要求,取得较好的控制效果。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的目的、意义

1.2 联合动力装置控制技术发展

1.3 控制器技术的发展

1.4 本论文的主要研究工作

第2章 双机控制策略研究

2.1 并车控制策略的功能

2.2 船舶联合推进系统控制方案

2.3 并车控制方式

2.4 负荷转移过程控制方式

2.5 并车/解列工况点的选择

2.6 控制策略设计

2.7 本章小结

第3章 并车控制器总体设计

3.1 并车控制器的设计需求

3.2 总体架构方案

3.3 DSP与主板的电路设计

3.4 模拟信号处理模块

3.5 CAN通讯设计

3.6 人机交互模块设计

3.7 本章小结

第4章 并车控制器的软件设计

4.1 并车控制器软件总体设计

4.2 控制器的核心控制算法开发

4.3 人机接口模块软件的设计

4.4 本章小结

第5章 半物理仿真平台测试及结果分析

5.1 RTWT实时环境介绍

5.2 半物理仿真平台设计

5.3 船舶双燃机联合推进系统的建模

5.4 控制器的半物理实验与结果分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢