基于AMESim的双机并车仿真研究

，

(上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240)

联合动力装置是指不同的动力系统联合，发展至今，有多种多样的形式，最常见的为燃-燃、柴-燃、柴-柴联合动力装置，其中尤其以柴-燃联合为多。

然而，跟传统的柴-燃联合动力装置相比，虽然柴-柴联合动力装置能提供的功率范围相对较小，但在满足需要的情况下，最佳选择仍然是柴-柴联合动力装置，尤其是将数台中速柴油机联合，则更能发挥出柴-柴联合动力装置的优势[1]。

柴-柴联合动力装置(CODAD)主要是将数台柴油机通过齿轮箱并车。与其它的联合动力装置相比，柴-柴联合动力装置具有独特的优点[2]:①能够提供较大的输出功率；②跟耗油率和燃油品质都有高要求的柴-燃联合动力装置中的燃汽轮机相比，CODAD具有更好的经济性；③能提供多种运行模式，可以适应不同的工况需求[3]。

1 试验台介绍

双机并车试验台基本组成见图1。

图1 实验台基本组成

1)试验台的两台柴油机为6105Q和495AC，额定功率为95.6和31.6 kW，额定转速为2 800和2 000 r/min。柴油机均通过轴系与减速齿轮箱相连，且带有全程式机械调速器。

2)该试验台中选用了两种减速齿轮箱。其中6105Q柴油机一侧连接着MB170齿轮箱；而495AC柴油机一侧则连接着S40双速比减速齿轮箱。通过联轴器，齿轮箱与SSS离合器相连。

3)SSS离合器的作用是当输入端与输出端的转速相同时，离合器会自动实现啮合或脱离啮合，从而使动力输入与输出设备连接或分离。

4)并车齿轮箱。与测功器连接。

5)增速器型号为ZDH350，速比1∶3.5。

6)电涡流测功器型号为GW250，该电涡流测功器具有精度高，转速大等优点；另外，其功率调节范围及控制性能也有明显优势，实验可在更精确可靠的工况下进行。

7)测控系统为FC2000发动机自动测控系统，生产商为湖南湘仪动力测试仪器有限公司。该测控系统运用模块化设计技术，通过数字分段PID调节转速及负荷，控制特性无扰动且种类多样，具有良好的安全性能。

2 建立联合动力装置模型

整个双机并车系统由两台柴油机模型(用同一个模型，设置不同参数)，传动装置模型、并车控制器模型等几部分组成。总体模型见图2。

图2 总体模型

2.1 柴油机本体模型

考虑到一般性，在对柴油机建模时，增加了涡轮增压系统、空冷器系统以及集气器系统[4]。另外，由于试验中一台6105Q柴油机具体数据难以获得，因此在试验中，假设两台495AC柴油机的模型进行仿真。柴油机本体模型见图3。

图3 柴油机本体模型

本实验室购买的AMESim软件能够较好地完成物理模拟，对外界环境简化，将输入与输出因素通过物理数值体现在具体模型上，见图4。

2.2 PID调速器模型

PID控制包含PI和PD控制两部分。PID控制器即是根据系统的误差，利用比例积分微分计算控制量而进行的控制[5]。

PID调速器模型见图5，PID参数见图6。

2.3 SSS离合器模型

为了尽量接近SSS离合器实际需求，主要是实现柴油机与柴油机之间动力切换的试验，参考有关资料，利用MATLAB/SIMULINK建立柴油机与柴油机之间切换的SSS离合器模型见图7。

3 仿真结果

初始外界输入转矩值设置为-1 000 N·m，通信时间间隔设为0.001 s，这样每个变量可以得到10 000个数据点，能更好地绘制光谱图。

AMESim软件可与MATLAB/SIMULINK软件结合进行联合仿真，将该模型在SIMULINK模块中调试，SIMULINK仿真见图8。

由仿真结果知，AMESim与MATLAB的振动模型仿真结果极其相似。其中，若考虑数字计算和模拟的准确性，MATLAB更具优势；而AMESim可绘制三维图，能更好地得到模拟对象对于激励从图9中可知对于激励信号的转矩共有4个阶次，分别对应着发动机转速的频率及其2、3、4倍。在这4个阶次中，最为猛烈的是第一阶次，而第二阶次则相对较弱，之后的第三、四阶次则更是微弱。由此可见，在实验中，要考虑尽可能地减少第一、二阶次的出现，防止共振。

图4 AMESim柴油机模型

图5 PID调速器模型

图6PID调速器模型设置

图7SSS离合器模型

图8 联合仿真转矩曲线

信号的反应。对仿真结果绘制三维图，见图9。

图9 柴油机振动阶次三维图

[1] 侯馨光，张 敏.船舶主柴油机并车运行新方法[J].上海造船，2008(1)：24-27.

[2] 吴杰长，陈国钧，安玉昌，等.柴油机并车控制器试验平台及监测分析系统研究[J].内燃机学报，2002(3)：257-261.

[3] 王朝红.船舶动力装置双机并车控制方法分析研究[J].船舶，2006(6)：32-34.

[4] 蒋德松，林洪贵.电力推进原动机双机并车过程控制特性研究[J].集美大学学报，2006(4)：23-17.

[5] 陆金铭.基于MATLAB的柴油机动力装置仿真[J].船舶工程，2002(5)：38-40.