大型油船燃油锅炉系统建模与仿真研究

【摘要】：目前，船用仿真系统的研制工作主要集中在轮机模拟器、驾驶模拟器和液货船操纵模拟器上。其中轮机模拟器主要模拟主推进装置、集控室、船舶电站等设备的性能，即便其中附带一部分锅炉仿真的内容，而其仿真模型简单，操作功能不完善，针对性不强，尤其是对大型油船燃油锅炉系统建模与仿真仍然处于摸索阶段。同时，大型油船燃油锅炉系统是一个复杂的、设备众多的能量转换系统，具有惯性小、动态过程变化大、各个系统的关联和制约因素多的特点。因此，对大型油船燃油锅炉系统进行模块化建模与仿真研究是必要的。 本文首先介绍了大型油船燃油锅炉系统的组成及其特点，根据其工作过程特点和操作要求，分析了水位控制和蒸汽压力控制等典型控制系统的动态特性，在此基础上，采用模块化和集中参数建模方法，应用质量、能量、动量守恒定律和热力学、传热学、流体力学等基本理论，通过机理分析，在一定简化条件下，全面建立了大型油船燃油锅炉系统的动态数学模型。 在已建立的动态数学模型基础上，作者使用Matlab／Simulink实时仿真工具，建立了相应的仿真模型，详细地介绍了搭建各个子模块的实时仿真模型的方法和过程；将各个子模块连接起来构成整个锅炉仿真模型，通过设置合理的仿真参数和合适的算法，进行了实时计算机仿真试验，试验结果表明各个动态过程符合实船锅炉动态响应过程，为船舶锅炉的设计、管理、故障诊断和设计性能良好的控制器等提供翔实的数据依据，同时为设计和开发高精度和逼真度的实时仿真系统提供了试验数据。 根据仿真实验结果，进一步设计了一套基于“实物+硬件模拟系统+软件模拟系统”混合仿真方式的大型油船燃油锅炉实时仿真系统，提出了整个仿真系统的设计思想和方法，叙述了其结构组成和功能，完成了PLC控制程序和仿真软件的设计。