燃气轮机数字式燃油控制半物理仿真系统设计与研究

摘要

船用燃气轮机数字式燃油控制系统有着稳态精度高,易于实现更先进控制算法以及对燃油清洁度不敏感等优点,使其越来越受到各国海军的重视,并将其列为未来海军发展的主要项目之一。半物理仿真是燃气轮机数字式燃油控制系统研发过程中所使用的一种重要的技术手段,它能减少研发过程中的风险和成本,缩短开发时间,提高设计质量。本文以燃气轮机数字式燃油控制为研究对象,以船用燃气轮机仿真为基础,设计并搭建了燃气轮机数字式燃油控制半物理仿真系统。本文研究的主要内容包括:
　　(1)采用非线性模块化的方法建立起船用燃气轮机仿真模型,并利用图形化编程语言LabVIEW编写燃气轮机仿真程序。
　　(2)研究船用燃气轮机控制系统的特点,并设计燃气轮机油燃控制系统。为了设定控制系统的控制参数,通过系统析分及参数识别等方法获得燃气轮机线性动态方程,并在基此础上根据稳定性原则以及前向通路零极点相消设计方法设定控制参数。
　　(3)设计并搭建了以燃油计量系统、PXI测控系统、上位机为主要组成部分的半物理仿真系统,并对系统进行动态能性测试,获取系统的动态性能参数。对半物理仿真系统系的统软件进行设计开发。运用模块化的设计方法将系统件软分为六个功能子模块进行设计编程,这六个功能子模分块别为:人机交互界面模块、燃气轮机仿真模块、燃油制控模块、系统软件项目管理以及数据接口部分。
　　(4)对半物理仿真系统进行实时性验证,并在此基础上利半用物理仿真系统对数字式燃油控制系统进行半物理仿真试验。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 船用燃气轮机控制系统

1.2.1 船用燃气轮机控制系统的发展

1.2.2 船用燃气轮机数字式燃油控制系统研究现状

1.3 半物理仿真在控制系统设计中的应用

1.3.1 半物理仿真概述

1.3.2 燃气轮机半物理仿真研究现状

1.4 本文的主要工作和内容

第二章 燃气轮机建模仿真研究

2.1 燃气轮机的数学模型概述

2.1.1 燃气轮机数学模型分类

2.1.2 对燃气轮机数学模型的要求

2.1.3 建立燃气轮机数学模型的方法

2.2 船用双轴燃气轮机仿真建模

2.2.1 船用双轴燃气轮机结构

2.2.2 建模方式选择及简化假设

2.2.3 仿真模型的建立

2.3 船用燃气轮机的 L A BV I EW 建模

2.3.1 L ab VI EW 简介

2.3.2 燃气轮机仿真程序的 La b V I EW 编程

2.4 本章小结

第三章 燃气轮机控制系统设计

3.1 船用燃气轮机控制系统概述

3.2 燃气轮机控制系统的要求

3.3 燃气轮机控制规律设计

3.4 控制模式结构

3.4.1 控制偏差部分

3.4.2 PI D 运算部分

3.4.3 结果输出部分

3.5 燃气轮机线性数学模型

3.5.1 燃气轮机线性模型简化假设

3.5.2 线性动态方程

3.5.3 燃气轮机线性模型参数识别

3.6 P ID 控制参数设定

3.6.1 PI D 闭环控制传递函数

3.6.2 动力涡轮转速 P ID 控制参数设定

3.6.3 压气机限制转速 P ID 控制参数设定

3.6.4 动力涡轮排气限制温度 P ID 控制参数设定

3.7 供油量的计算

3.8 数字燃油控制系统的编程

3.9 燃油控制系统仿真

3.10 本章小结

第四章 半物理仿真系统设计

4.1 半物理仿真系统的总体设计

4.2 半物理仿真系统硬件设计

4.2.1 燃油计量系统设计

4.2.2 PX I 测控系统

4.2.3 系统的动态试验测试与参数识别

4.3 系统软件设计

4.3.1 系统软件项目管理

4.3.2 人机交互界面模块

4.3.3 燃气轮机仿真模块

4.3.4 燃油控制模块

4.3.5 数据通信接口

4.4 本章小结

第五章 半物理仿真系统调试及结果

5.1 实时性验证

5.1.1 实时操作系统

5.1.2 实时程序开发

5.1.3 实时性验证

5.2 半物理仿真试验及仿真结果

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文