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硬件在环用船舶柴油机仿真模型开发研究

作　者: 杨永文
导　师: 陈志忠
学　校: 中国舰船研究院
专　业: 轮机工程
关键词: 船舶柴油机硬件在环测试平台实时仿真模型 dSPACE
分类号: U664.121
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 26次
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内容摘要

近几年来，为了满足柴油机节能减排的要求，柴油机可调控制技术应用不断增加，ECU的控制功能也变得越来越复杂。为了加快ECU的开发速度和质量，降低开发成本，在ECU的开发过程中，逐渐引入硬件在环测试方法，使柴油机控制系统的开发和测试变得更加高效和灵活。硬件在环仿真测试是将发动机数字模型与真实的ECU连接进行控制性能测试，该系统的核心是建立既有一定的计算精度又能满足实时性要求的发动机工作模型。柴油机工作过程精细仿真模型计算耗时长，不能满足控制实时性要求，因此，有必要根据不同柴油机的控制特点开发经适度简化的控制用模型。本文通过对几种常见的控制分析用柴油机仿真模型的比较分析，针对船用柴油机系统尺寸大、实机标定试验成本高的特点，选择采用了平均值法与充排法相结合的模型简化方法，基于MATLAB/Simulink软件平台，建立了某船用共轨柴油机的实时仿真模型。为提高模型应用的灵活性，采用了模块化建模的思想；同时运用“缸平移法”提高模型计算的速度和实时性。最后在经过专门配置的dSPACE实时平台上完成仿真运行验证。离线仿真结果与试验结果的对比表明，该模型达到了较好的计算精度，同时dSPACE实时平台仿真计算时间小于要求的单位仿真时间，满足实时性要求。验证结果表明，本文采用平均值法与充排法相结合的简化建模方法，以及“缸平移法”、模块化建模等方法所建立的船用柴油机模型，可满足基于dSPACE平台的硬件在环仿真和ECU开发要求。该建模方法可行、有效，可应用于大型发动机模型的开发。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章综述  11-23
  1.1 硬件在环仿真技术概述  11-14
    1.1.1 硬件在环仿真的概念  12-14
    1.1.2 硬件在环仿真的功能和作用  14
  1.2 柴油机硬件在环仿真技术的研究现状  14-21
    1.2.1 硬件在环仿真系统的构成型式  14-16
    1.2.2 硬件在环用发动机模型的分类与特点  16-19
    1.2.3 柴油机控制系统硬件在环仿真研究现状  19-21
  1.3 本文的主要工作  21-23
第二章柴油机数学模型的建立  23-47
  2.1 柴油机模型的基本特性  23-25
  2.2 控制容积的描述  25-27
  2.3 缸内工作过程计算  27-30
    2.3.1 燃烧放热模型  27-29
    2.3.2 气缸壁换热率计算  29-30
  2.4 进排气系统  30-33
    2.4.1 进气管模块  30-31
    2.4.2 进气阀流量计算  31-33
  2.5 燃油系统数学模型  33-35
    2.5.1 高压油泵  33
    2.5.2 共轨模型  33-34
    2.5.3 喷油器模型  34
    2.5.4 油箱模型  34-35
  2.6 柴油机动力学模型  35-39
    2.6.1 活塞运动学计算  35-37
    2.6.2 扭矩计算  37-38
    2.6.3 柴油机转速计算  38-39
  2.7 涡轮增压器数学模型  39-44
    2.7.1 压气机计算  40-41
    2.7.2 涡轮计算  41-43
    2.7.3 MAP 查表法增压器的性能计算  43
    2.7.4 中冷器计算  43-44
  2.8 冷却系统数学模型  44-45
  2.9 动力传动系统模型  45-46
    2.9.1 起动机模型  45
    2.9.2 测功机模型  45-46
  2.10 本章小结  46-47
第三章柴油机仿真模型的建立及验证  47-61
  3.1 柴油机仿真模型的建立思想  47-51
    3.1.1 模块化建模  48
    3.1.2 “缸平移法”提高模型实时性  48-49
    3.1.3 仿真步长的选择  49-50
    3.1.4 模型参数化处理  50-51
  3.2 总体模型的建立  51-56
    3.2.1 进排气仿真模型  52
    3.2.2 喷油器仿真模型  52-53
    3.2.3 柴油机动力学仿真模型  53
    3.2.4 增压器仿真模型  53-56
  3.3 柴油机仿真模型的验证  56-59
  3.4 本章小结  59-61
第四章柴油机实时模型的验证  61-75
  4.1 实时仿真运行平台 dSPACE 介绍  61-62
  4.2 dSPACE 软件环境  62-63
    4.2.1 dSPACE 接口软件 RTI  62-63
    4.2.2 dSPACE 试验测试软件 ControlDesk  63
  4.3 dSPACE 硬件系统  63-66
    4.3.1 DS1006 处理器板  64-65
    4.3.2 DS2211 I/O 板卡  65-66
  4.4 实时模型与控制器的信号接口模型  66-69
    4.4.1 Simulator 输入信号描述  66-67
    4.4.2 Simulator 输出信号描述  67-69
  4.5 发动机硬件在环仿真平台的搭建  69-70
  4.6 模型的实时性验证  70-73
  4.7 本章小结  73-75
第五章总结和展望  75-77
致谢  77-79
参考文献  79-85
攻读学位期间发表的论文  85

硬件在环用船舶柴油机仿真模型开发研究

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