船舶柴油机机旁操作教学系统的开发

科技论坛　・１４５－　船舶柴油机机旁操作教学系统的开发　顾天恩张钊　（上海海事大学商船学院，上海２０１３０６）　摘要：依据实船，建立船舶柴油机机旁操作界面和数学模型，在此基础上开发基于Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｖｉｓｕａｌ　Ｓｔｕｄｉｏ　２０１２和ＭＡＴＬＡＢ的船　舶机旁操作显示界面的教学软件系统，完成船舶航行中系统工作状态的动态仿真，实现实时数据显示，操作响应等功能　模拟训练教学系　统使学员通过点击鼠标和键盘就可对船舶机旁操作显示系统进行操作、训练，可用于船舶机旁操作系统的实验教学、、　关键词：机旁操作系统；计算机仿真；模拟训练　教育信息化不仅足国民经济和社会信息化的重要组成部分，也　是教育发展全局中的关键环节，将信息技术与教学进行整合，构造　可视化、可接触、所见即所得的学习环境成为了必然趋势．其中，教　学软件就是一个重要应用Ｉ“。然而关于船舶教学的相关软件，【ｆ１于其　理论复杂性，数据庞大性，数据保密性，专业技术性等限制，常仅被　开发为实船应用软件，而教学软件却为数不多。本文将基于　ＭＴＵ２０Ｖ９５６ＴＢ９２重点介绍柴油机故障诊断仿真技术巾的机旁操作　显示界面。　１柴油机模型组成　建立柴油机故障模型，首先应建立较为精细的柴油机理论模　型，然后在正确仿真柴油机的主要做功设备及驱动装置、辅助系统　的动态工作过程的基础上，为柴油机的丁作过程的相关环节注入故　障，故障来源即可以来自于理论推导，也可以来自于捌研所获取的　实船或台架试验的柴油机故障数据。柴油机模型组成示意图如图ｌ　所示。　２　ＭＴＵ２０Ｖ９５６ＴＢ９２型柴油机控制系统的数学模型　２．１柴油机控制系统　图１　柴油机的控制系统由手柄、调速器及控制单元，传动机构，执行　机构（燃油齿条位移）等组成，手柄将目标转速发送到调速器，凋速　器将目标转速和调速器的采集到的转速反馈信号进行比较，并作为　控制ｉ培４速器的控制输入信号控制燃油齿条并作用在喷油泵的调节　齿条上。由于本系统是涡轮增压发动机，调速器的控制单元还需要　采集涡轮增压器的速度，将该信号传递到调速器，作为调速依据。　２．２数学模型的建立　２．２．１自动控制：需要按照柴油机联控曲线进行建模。（罔２）　该联控曲线描述的是手柄档位、轴系转速、螺距问的对应关系，　其中主机转速与轴系转速间齿轮箱的变比为１２：１。　２．２．１．１．柴油机转速变化与档位的数学模型：依照　１２０　＼、　６０＇　ｌ竺±　／ｓ　２　’　。　Ｉ　ｌＯ　１　Ｉ　３　ｌ／２　———　一辅　４一１　．一；。　图２　《ＭＴｕ２０ｖ９５６ＴＢ９２柴油机使用说明书》的联控曲线得，转速与档位　的关系为：　转＝一１６Ｇ＋４０　（一５＜Ｇ＜一２．５）　转＝一６．８Ｇ＋６３　（一２．５＜Ｇ＜０）　，　转＝６３　（１）在柴油机工作的转速范围内，预先选定一组转速ｎ．、ｕ　、ｎ　、　ｎ　、ｎ　、ｎ　作为试验中转速参数。　（２）确定负荷，功率，外界环境等因素尽可能的不变。　热自秘转速（ｒ。盘）８∞　ｌ２　７６ｏ　ｌ６　８∞ｌ　４　ｌＯＯＯ　２５　１２ｏｏ　３５　４　１，／ｏｏ　４５　齿条位置个数　ｆ０＜Ｇ＜３．１５）　（３．１５＜Ｇ＜６）　转＝２０Ｇ　式中：Ｇ，ｎ轴＃分别为档位和轴系转速，当ｎ轴＃为负数时表示其　在倒车档位。南于轴系转速和柴油机转速有１２倍的关系，所以柴油　机转速为：门　１２ｎ轴转　转　（３）试验方法和步骤　①启动柴油机，是指在接近转速１３．下运行，并等待其稳定；　②记录下此时的齿条位置个数ｌ。；　③在不改变外界其他条件的情况下，以此类推可得其他选定‘Ｉ＝　况点（　・　）…．（　，　）的有关参数。　④以柴油机转速为横坐标，以记录的齿条位置个数参数作为纵　坐标，运用ＭＡＴＩ　ＡＢ曲线拟合绘制成相应的拟合曲线，并得到其数　学模型。　ｆＰ：－５８．８　－５＜Ｇ＜－２．５　｛Ｐ＝２７＿４６＋９．７－２．５＜Ｇ＜３．１５　ＩＰ＝９６　３．１５＜Ｇ＜６　厂（　）＝１．７：ｌ＝１０　Ｘ　＋０．００７５８ｘ＋１．４１　其中ｆｉｘ）为齿条位置个数，ｘ为柴油机转速　（４）柴油机转速与功率：在船舶推进系统中，船、机、桨三者处在　同一推进系统中，组成一个统一的整体。当要求船舶在某一ｌ　ｌ况下　航行时，同时也决定了机、桨的运转点。当柴油机作为船舶主机带动　螺旋桨］　作时，无论柴油机与螺旋桨直接连接还是通过（转下页）　・１４６・　科技论坛　关于汽车制动系统ＦＴＡ法的故障诊断分析　张夏爽　（成都师范学院，四川成都６１１１３０）　摘要：汽车制动系统一旦出现故障，就会直接危害到人们的生命财产安全。而使用ＦＴＡ法对汽车制动系统进行故障诊断，则能够确　定导致故障发生的关键因素，所以能够为系统的设计和维修提供科学的依据。基于这种认识，本文对汽车制动系统ＦＴＡ法的故障诊断过　程展开了分析，从而为关注这一话题人们提供参考。　关键词：汽车制动系统；ＦＴＡ法；故障诊断　随着汽车工业的发展，汽车的结构也越来越复杂，从而给汽车　之间的关系表示出来。而通过计算，则能够故障的发生途径。在此基　维修带来了一定的困难。因为在汽车维修的过程中，维修人员不得　础上，利用概率论方法进行故障出现概率的计算，则能够完成导致　不花费大量的时间进行故障的查找和判断，而实际用于维修汽车的　故障产生的各因素重要度的评议。从特点上来看，ＦＴＡ法具有直观、　时间一般仅占３０％。利用ＦＴＡ法进行汽车制动系统故障的诊断，则　多用和定量分析与定性分析相结合的应用优势。首先，利用故障树　能够实现故障原因的快速确定，并且能够为系统的可靠性分析提供　图形进行故障状态的层层深入分析，能够将系统元部件故障与系统　有效工具。　故障之间的关系直观、形象的表示出来。对故障树进行自顶向下的　１　ＦＴＡ法概述　分析，则能够完成与故障有关的零部件状态的分析，从而实现导致　所谓的ＦＴＡ，其实是故障树分析法的英文简称，是一种图形化　故障发生的原因的全面清查。对故障树进行自下而上的分析，也能　的演绎方法。利用该方法，可以通过画出逻辑框图对系统中发生的　够了解各个零部件故障对系统故障产生影响的途径，从而对各零部　故障事件进行分析，能够按照树枝状逐渐完成故障事件从总体到部　件故障对系统可靠性的影响的评价。而采取该方法，不仅能够完成　分的细化分析，从而完成对可能造成系统故障的各种原因的分析和　各种故障状态的分析，同时也能对导致元部件故障的原因进行分　判断，继而使故障原因得以确定。使用该方法对系统故障展开分析　析，所以具有灵活多用的特点。此外，ＦＴＡ法可以在系统生命周期的　时，需要以最不希望出现的故障状态为故障树的顶事件，然后将能　任意阶段使用。而借助计算机完成故障的定量和定性分析，则能够　够导致该故障产生的因素当成是中间事件。通过对引发中间事件发　为系统的使用提供更多保障。比如在系统设计阶段，ＦＴＡ法的使用　生的因素进行寻找，则能够完成导致故障发生的全部原因的追溯，　可以帮助设计者及时发现系统潜在故障模式，从而实现系统优化设　并且将这些原因当成是构成故障树的底事件。利用顶事件、中间事　计。在管理阶段，利用ＦｌｒＡ法也能够及时进行部件备品的补充和零　件和底事件之间的逻辑关系，然后利用逻辑门进行各因素的联结，　部件的更换，从而有效预防故障发生。　则能够形成故障树形图。利用故障树图形，能够将系统与产生原因　２汽车制动系统ＦＴ＿Ａ法的故障诊断　（转下页）　减速齿轮箱连接，二者总是要保持能量平衡［２１。螺旋桨功率与转速的　制Ｊ　关系式：　负荷限值：根据负荷控制功能表里的主机转速及燃油齿条位置　绘制负荷限制曲线，超出需降螺距至０。　；（　）　加速率限制：在自动模式下：柴油机从进一到进三加减螺距，最　２．２．２半自动控制：用转速加、转速减、螺距加、螺距减触发式控　大９６％，每档约１０Ｓ到位；柴油机从进四到进六加减速，每档约２Ｏ　制ＤＥ、ＣＰＰ的调速和调距。　秒到位。直接从进一拉进六时间累计９０Ｓ。紧急推进模式下，可以直　３仿真功能　接拉倒车，柴油机瞬时直接回到空车，螺距约３Ｏ秒变为倒车螺距。　手柄操作与主机负荷相适应，仿真系统里的被控对象柴油机能　结束语　够作为陪练器，同步响应手柄操作。作为一款实时仿真教学软件，通　本文设计了一种柴油机智能化机旁操作面板，根据机旁操纵系　过ｃ＃在ＭＡＴＬＡＢ中进行数学模型的读取，其不止能模仿船舶操作　统内数学模型模型，结合ｃ＃和Ｍａｔｌａｂ对自动半自动下柴油机进行　页面下显示的动态数据的内容，还能在切换界面以后，使数学模型　模拟，这个界面能更直观的在教学中呈现船舶机旁操作界面的相关　依然在被导人软件。比如，当手柄档位有调整，曲柄连杆机构界面的　信息，有利于对船舶相关人员的培训学习。　相应的参数也能得到合理的变化。　参考文献　３．１模拟气缸停排功能；　［１ｌｉ￣ｉ勇．信息化在教学管理中的作用研究【Ｄ】．苏州：苏州大学，２００８．　下图为ＭＴＵ２０Ｖ９５６ＴＢ９２柴油机界面示意图，发火顺序按：　『２］李胜．船舶主机降速节能研究ＩＤ］．大连：大连海事大学，２０１１．　＝　Ａ１　Ｂ７　＾　盈　Ａ２　Ｂ６　Ａ６　Ｂ３　Ａ３　ＢＩＯ　＾Ｉ。　Ｂ４　鼻４　田　舶　髓　Ａ５　Ｂ８　船　ＢＩ　在空车和低负荷状态时，停排装置使Ｂ排气缸的喷油泵供油　状态为零，从而停止Ｂ排气缸工作。从而使工作的气缸提高了负　荷，改善了空车燃烧状态，减少了由于有不充分燃烧的嫩料而形成　的滑油稀释现象，并且降低了排气量。　３．２控制系统可对主机工况进行设置（具有负荷限制、加速率限