调距桨推进系统仿真及教学软件的设计
摘要
作为船舶主推进动力装置中的一个重要组成部分，调距桨推进系统在实船中得到了广泛的应用，然而其在国内受到的重视程度却远远不够。在此方面的研究，无论是软件还是硬件方面都与先进国家有不小差距。
在充分收集国内外最新资料的基础上，本文首先具体分析了船舶调距桨推进系统的工作原理以及其遥控系统的一些特点，然后针对自动负荷控制这种应用最广泛的调距桨遥控方式进行了MATLAB仿真，通过对仿真曲线的定性分析表明所采用的带死区的PID算法应用于此是成功的；随后，鉴于国内船员对于调距桨不太熟悉的现状，设计了调距桨仿真教学软件，以期用于相关课程的教学。软件主要功能包括实时监控、仿真教学以及故障的设置和排除。由于采用Windows2000作为开发平台，以面向对象的程序设计语言VB作为开发工具，软件具有操作简单、界面友好等特点。系统的主要控制功能模块如主机起动／停车、离合器(包括PTI、PTO离合器)控制、螺距的调节和稳距、轴带发电机等模块在文中都采用程序流程图的形式进行了描述，这种模块化的设计方案也有利于软件的维护和日后的升级。
软件设计中采用了ActiveX控件、OLE技术以及计算机动画技术，使得仿真界面形象生动，有利于加深学员培训教学时的印象。经过修改和完善之后，希望能够用作《船舶主动力装置》、《轮机自动化》等课程的辅助教具。
As an important component of marine propulsion system, CPP propulsion system is widely used practically, but attention paid to it is far from enough. Domestic research of CPP, whether on software or hardware, is not to be compared to that of advanced countries.
Based on newest data, the working principle of CPP propulsion system is analyzed firstly in this thesis, and the characteristics of the remote control system are introduced, then CPP of automatic load control (ALC) is simulated as the most popular controlling system in MATLAB. And qua! itative analysis of simulation curve shows that PID algorithm with dead zone is used successfully in this simulation. Whereas domestic seaman is not familiar with CPP remote control system, CPP simulation software is designed subsequently for the convenience of teaching. Real time monitoring, simulation and demonstration, fault setting and elimination are included as its main function. Adopting Windows2000 as developing platform and Object-Oriented VB as programming language, it has simple and friendly user interface. The main controlling module such as ME start/stop, clutch control (PTI, PTO clutch included), pitch adjusting and stabilizing, shaft generator control are described in the form of program flow chart. This program
ming precept based on module is in favor of maintenance of software and its upgrade later.
ActiveX technology, OLE technology and computer animation technology are used in software designing, which can impress the trainee deeply. With scrupulous amendment and perfection, it can be taken as auxiliary teaching software in such courses as "marine propulsion system" and "marine automation" .
在充分收集国内外最新资料的基础上，本文首先具体分析了船舶调距桨推进系统的工作原理以及其遥控系统的一些特点，然后针对自动负荷控制这种应用最广泛的调距桨遥控方式进行了MATLAB仿真，通过对仿真曲线的定性分析表明所采用的带死区的PID算法应用于此是成功的；随后，鉴于国内船员对于调距桨不太熟悉的现状，设计了调距桨仿真教学软件，以期用于相关课程的教学。软件主要功能包括实时监控、仿真教学以及故障的设置和排除。由于采用Windows2000作为开发平台，以面向对象的程序设计语言VB作为开发工具，软件具有操作简单、界面友好等特点。系统的主要控制功能模块如主机起动／停车、离合器(包括PTI、PTO离合器)控制、螺距的调节和稳距、轴带发电机等模块在文中都采用程序流程图的形式进行了描述，这种模块化的设计方案也有利于软件的维护和日后的升级。
软件设计中采用了ActiveX控件、OLE技术以及计算机动画技术，使得仿真界面形象生动，有利于加深学员培训教学时的印象。经过修改和完善之后，希望能够用作《船舶主动力装置》、《轮机自动化》等课程的辅助教具。
As an important component of marine propulsion system, CPP propulsion system is widely used practically, but attention paid to it is far from enough. Domestic research of CPP, whether on software or hardware, is not to be compared to that of advanced countries.
Based on newest data, the working principle of CPP propulsion system is analyzed firstly in this thesis, and the characteristics of the remote control system are introduced, then CPP of automatic load control (ALC) is simulated as the most popular controlling system in MATLAB. And qua! itative analysis of simulation curve shows that PID algorithm with dead zone is used successfully in this simulation. Whereas domestic seaman is not familiar with CPP remote control system, CPP simulation software is designed subsequently for the convenience of teaching. Real time monitoring, simulation and demonstration, fault setting and elimination are included as its main function. Adopting Windows2000 as developing platform and Object-Oriented VB as programming language, it has simple and friendly user interface. The main controlling module such as ME start/stop, clutch control (PTI, PTO clutch included), pitch adjusting and stabilizing, shaft generator control are described in the form of program flow chart. This program
ming precept based on module is in favor of maintenance of software and its upgrade later.
ActiveX technology, OLE technology and computer animation technology are used in software designing, which can impress the trainee deeply. With scrupulous amendment and perfection, it can be taken as auxiliary teaching software in such courses as "marine propulsion system" and "marine automation" .
引文
[1] 吴恒 船舶动力装置技术管理 大连海事大学出版社 1999年4月，P49-P50
[2] 詹志刚、顾宣炎 可调桨船舶主推进装置运行工况优化研究 船海工程 2001年第4期，P39-P40
[3] 张佰年、翁史烈 燃气轮机-可控螺距螺旋桨推进装置并行数字计算机实时仿真 船舶工程 1994年第5期，P19
[4] 王宏伟 2760KW调距桨全回转船的动力装置设计 广东造船 1995年第3期，P18-P19
[5] 高键、姜长生 调距桨的舰船航速智能控制技术 南京航空航天大学学报 2003年4月，P157-P158
[6] 牛宝来 船舶自动控制系统 大连海运学院出版社 1990年9月，P318-P319
[7] 陶永华、尹怡欣、葛芦生 新型PID控制及其应用 机械工业出版社 2000年4月，P2-P3
[8] 何江华 计算机仿真导论 科学出版社 2001年3月，P4-P5
[9] 熊光楞、彭毅 先进仿真技术与仿真环境 国防工业出版社 1997年，P13
[10] 阳许军 基于ActiveX技术的轮机仿真监控软件研究及开发 武汉理工大学 2002年3月，P1
[11] 何文俊、马杰 Visual Basic 6.0编程实例精解 北京希望电子出版社 2000年4月，P360
[12] 郭晨 船舶调距桨的微型计算机控制系统实时仿真 大连海运学院学位论文 1984年12月，P22-P23
[13] 建祥 提高调距桨及其控制系统的性能 航海科技动态 1999年第10期，P41-P42
[14] 高键、李众 基于单片机技术的调距桨螺距控制系统 华东船舶工业学院学报(自然科学版) 2002年6月，P60-P62
[15] 刘金琨 先进PID控制及其MATLAB仿真 电子工业出版社 2003年1月，P38-P39
[16] 张显库 控制系统建模与数字仿真 大连海事大学出版社 2002年9月，P82-P83
[17] 刘兴堂、吴晓燕 现代系统建模与仿真技术 西北工业大学出版社 2001年8月，P8-P9
[18] 于成 综合船舶信息处理与显示系统 大连海事大学学位论文 2002年3月，P37-P41
[19] 肖章权、高孝洪 现代轮机仿真训练器及其仿真技术发展 计算机仿真 1998年第4期，P11
[20] 熊光楞 数字仿真算法与软件 宇航出版社 1991年8月，P287
[21] 金鸿章、姚绪梁 船舶控制原理 哈尔滨工程大学出版社 2001年5月，P93
[22] 何光渝 Visual Basic常用数值算法集 科学出版社 2002年1月，P627
[22] 杨晓丹 调距桨的一种机桨联合优化控制方法 船舶工程 2003年第25卷第1期，P33-P34
[23] 李众、李彦、虞平良、高键 800m~3耙吸式挖泥船调距桨控制系统 船舶工程 1998年第6期，P38-P39
[24] 应伟杰、吕庭豪 “NH208”船可调桨系统故障的诊断与排除 船海工程 2002年第4期，P26-P28
[25] 杨创远 “NY210”主机减速齿轮箱调距桨动力装置故障的排除 中国修船 2002年第1期，P12-P13
[26] 李智敏 一种应用工控软件快速构造监控系统的方法 船电技术 2003年第2期，P35
[27] 黄世阳、吴明哲、何嘉益、张志成、吴志忠、曹祖圣 Visual Basic 6.0入门与实例 大连理工大学出版社 1999年11月，P378-P379
[28] 网冠科技 Visual Basic 6.0时尚编程百例 机械工业出版社
2002年3月，P78-P80
[29] Microsoft Corporation Visual Basic 5.0程序员指南 科学出版社 龙门书局 1998年11月，P313-P314
[30] 胡寿松 自动控制原理(第三版) 国防工业出版社 1994年5月第三版，P296
[31] 李众、虞平良、李彦 “海口号”可调螺距螺旋桨控制系统改造 中国修船 1997年第4期，P32-P37
[32] 虞平良、李众 可调螺距螺旋桨微机遥控系统研制 中国船舶科技报告 1997年12月，P43-P47
[33] 张志华 船舶动力装置概论 哈尔滨工程大学出版社 2002年8月，P228-P229
[34] 薛定宇 控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言及应用 清华大学出版社 1996年6月，P181-P194
[35] 葛西松四郎[日]著 李沛然 译 船舶柴油机动力装置的自动控制 人民交通出版社 1984年，P82-P83
[36] Alphatronic Remote Control System MAN B&W 1998年, P9
[37] Propulsion Control System, PCS2100 Lyngso Denmark 1999年4月, P6
[38] Marine propulsion system John Crane-Lips 1994年11月, P1-P2
[39] Alpha CP Propellers Man B&W 2003年, P15
[40] XF3-Propellers Kamewa 1992年, P6
[41] Yokohama Advanced application of controllable pitch propellers for integrated propulsion and maneuvering Technical Seminar on New Technologies in the Marine Industry 1996, Singapore 1996年7月, P2-P23
[42] 王沫然 SIMULINK4建模及动态仿真 电子工业出版社 2002年1月，P6
[43] 陈国钧、曾凡明 现代舰船轮机工程 国防科技大学出版社 2001年1月，P776-P779
[44] 翁史烈 船舶动力装置仿真技术 上海交通大学出版社 1991年1月，P238-P241
[45]李杰仁、崔庆渝 轮机自动化基础 大连海事大学出版社 1999年3月，P33
[2] 詹志刚、顾宣炎 可调桨船舶主推进装置运行工况优化研究 船海工程 2001年第4期，P39-P40
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[32] 虞平良、李众 可调螺距螺旋桨微机遥控系统研制 中国船舶科技报告 1997年12月，P43-P47
[33] 张志华 船舶动力装置概论 哈尔滨工程大学出版社 2002年8月，P228-P229
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[37] Propulsion Control System, PCS2100 Lyngso Denmark 1999年4月, P6
[38] Marine propulsion system John Crane-Lips 1994年11月, P1-P2
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[44] 翁史烈 船舶动力装置仿真技术 上海交通大学出版社 1991年1月，P238-P241
[45]李杰仁、崔庆渝 轮机自动化基础 大连海事大学出版社 1999年3月，P33