船舶辅锅炉仿真系统的数学建模与软件设计

发布时间：2017-06-19 12:00

  本文关键词：船舶辅锅炉仿真系统的数学建模与软件设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着船舶技术水平的不断发展,对船舶管理人员的技术要求也越来越高,提高船舶管理人员的操作、管理能力已经成为航海界的共识。船舶辅锅炉是船舶重要的辅机之一,也是实现自动化控制最早的设备之一。如何安全、有效的操作船舶辅锅炉具有非常重要的意义。因此,对船舶辅锅炉系统进行数学建模和软件仿真是非常必要的。 本课题主要仿真对象是5250系列的全集装箱船上的一台燃油辅锅炉和一台废气锅炉。首先分析了辅锅炉系统的工作过程及动态特性,介绍辅锅炉系统的组成,列出了辅锅炉系统的详细技术参数。在此基础上进行合理简化和必要的假设,将船舶辅锅炉系统划分为燃烧、汽包、燃油加热器等系统。然后根据各个系统和部件的工作原理,应用质量、能量守恒定律和热力学、传热学、流体力学等基本理论,采用混合建模的方法,建立船舶辅锅炉系统的数学模型。 分析辅锅炉控制系统的特性,提出控制系统的任务,即控制锅炉水位,锅炉汽包压力和锅炉燃油温度。根据已建的船舶辅锅炉数学模型,分别设计锅炉水位、锅炉汽包压力和锅炉燃油温度PID控制算法,并对其进行了实时的联合控制仿真。仿真结果表明各个动态过程基本符合实际辅锅炉动态响应过程,所建数学模型合理有效。为了提高锅炉水位控制系统的可靠性和安全性,设计并实现了锅炉汽包水位的串级广义预测控制。 结合已建立的数学模型和设计的控制算法,使用VC++开发语言完成辅锅炉仿真系统的主界而、水系统界面、燃油系统界面、蒸汽系统界面、控制而板界而、曲线界而及相关元件界而的设计与开发。系统中实时显示汽包压力、锅炉燃油温度、锅炉水位的值,开关阀、按钮、旋钮都可进行操作,指示灯显示相应的工作状态。模拟辅锅炉实际运行工况,对辅锅炉仿真系统进行一系列操作,即锅炉水系统操作、废气锅炉加热操作、辅锅炉加热操作。操作结果表明该系统能够全面、逼真地反映辅锅炉系统的工作情况和实际动态过程。
【关键词】：船舶辅锅炉 数学模型 自动控制 VC++ 仿真系统
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U664.58
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-13
• 1.1 选题的背景及意义10-11
• 1.2 相关领域研究动态11-12
• 1.3 研究工作的目的与任务12-13
• 第2章 船舶辅锅炉的数学建模13-23
• 2.1 辅锅炉的特点13-14
• 2.2 建模方法14-15
• 2.3 仿真对象简介15-16
• 2.4 炉膛模型16-17
• 2.4.1 炉膛内的工质遵循质量守恒定律16
• 2.4.2 炉膛内的工质遵循能量守恒定律16-17
• 2.5 汽包模型17-19
• 2.5.1 液相区质量守恒17-18
• 2.5.2 汽相区质量守恒18
• 2.5.3 汽包总能量守恒18
• 2.5.4 汽包水位18-19
• 2.5.5 饱和水蒸汽参数19
• 2.6 燃油加热器模型19-23
• 2.6.1 热量衡算方程20
• 2.6.2 传热速率方程20-21
• 2.6.3 重油出口温度21-23
• 第3章 船舶辅锅炉的控制仿真23-42
• 3.1 辅锅炉控制系统的任务23-24
• 3.2 仿真界面24-26
• 3.3 汽包水位PID控制及仿真26-29
• 3.4 汽包蒸汽压力PID控制及仿真29-34
• 3.5 燃油温度PID控制及仿真34-37
• 3.6 汽包水位-蒸汽压力-燃油温度的联合控制仿真37-38
• 3.7 汽包水位的串级广义预测控制设计38-42
• 第4章 船舶辅锅炉仿真系统的软件设计42-65
• 4.1 辅锅炉仿真系统界面设计42-54
• 4.1.1 辅锅炉主界面42-43
• 4.1.2 辅锅炉水系统界面43-44
• 4.1.3 辅锅炉燃油系统界面44-45
• 4.1.4 辅锅炉蒸汽系统界面45-47
• 4.1.5 辅锅炉控制面板界面47-48
• 4.1.6 辅锅炉各元件的操作界而48-51
• 4.1.7 辅锅炉蒸汽压力控制器界面51-54
• 4.2 辅锅炉仿真系统操作54-65
• 4.2.1 锅炉水系统操作54-55
• 4.2.2 废气锅炉加热操作55-57
• 4.2.3 辅锅炉加热操作57-65
• 第5章 总结65-66
• 参考文献66-69
• 致谢69

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