燃?xì)廨啓C(jī)建模仿真一體化支持系統(tǒng)的研究.pdf

1、為了高效、低污染、合理的利用能源，當(dāng)今的燃?xì)廨啓C(jī)向著復(fù)雜化、大型化和多樣化的方向發(fā)展，其建模與仿真也就變得更加復(fù)雜。傳統(tǒng)的建模仿真方法在不斷進(jìn)步的計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)影響下，面對(duì)仿真任務(wù)在時(shí)間上、質(zhì)量上的要求，存在著諸多可以改進(jìn)和完善的地方。燃?xì)廨啓C(jī)是國家動(dòng)力機(jī)械行業(yè)皇冠上的明珠，其對(duì)應(yīng)的仿真技術(shù)也應(yīng)該具有與之相符的先進(jìn)地位。研究和開發(fā)基于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)建模仿真工具，達(dá)到世界先進(jìn)水平并具有自主產(chǎn)權(quán)，對(duì)我國的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展具有

2、重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文依托“十五”國家863計(jì)劃燃?xì)廨啓C(jī)重大專項(xiàng)“國產(chǎn)某重型燃?xì)廨啓C(jī)研制”課題中的“關(guān)于國產(chǎn)某重型燃?xì)廨啓C(jī)總體性能計(jì)算、優(yōu)化分析及動(dòng)態(tài)仿真”子課題，在對(duì)國內(nèi)外燃?xì)廨啓C(jī)建模與仿真研究進(jìn)行廣泛了解和分析的基礎(chǔ)上，展開對(duì)開發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)建模仿真軟件所需要的建模仿真一體化支持系統(tǒng)的研究。利用該系統(tǒng)開發(fā)出了模塊化的國產(chǎn)某重型燃?xì)廨啓C(jī)性能、動(dòng)態(tài)特性和實(shí)時(shí)仿真軟件，完成國產(chǎn)某重型燃?xì)廨啓C(jī)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性仿真計(jì)算任務(wù)，為“十一五”期間

3、我國燃?xì)廨啓C(jī)自主研究和開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文描述燃?xì)廨啓C(jī)建模仿真一體化支持系統(tǒng)主要包括燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)仿真軟件的開發(fā)過程SPGTS、燃?xì)廨啓C(jī)仿真框架Vite和控制器在回路的燃?xì)廨啓C(jī)仿真平臺(tái)，完成的工作如下： (1)提出了一個(gè)適合燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)仿真軟件的開發(fā)過程SPGTS，介紹了該過程中強(qiáng)調(diào)仿真意圖的需求模型、依據(jù)數(shù)學(xué)模型及其求解算法建立的領(lǐng)域模型、依賴于領(lǐng)域模型的邊界模型、連接領(lǐng)域模型和邊界模型的外觀模型、作為設(shè)計(jì)必要組成部分的應(yīng)用

4、模型和架構(gòu)模型等制品。以應(yīng)用SPGTS的國產(chǎn)某重型燃?xì)廨啓C(jī)仿真軟件開發(fā)為例，說明了SPGTS貼合燃?xì)廨啓C(jī)仿真軟件開發(fā)規(guī)律，能夠幫助開發(fā)者從功能需求出發(fā)，平滑過渡到分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)等各個(gè)階段，循序漸進(jìn)的得到高質(zhì)量的仿真軟件。 (2)提出了一個(gè)使用通用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的燃?xì)廨啓C(jī)仿真框架：Vite。Vite可用于實(shí)現(xiàn)SPGTS中的領(lǐng)域模型。Vite基于方程建立燃?xì)廨啓C(jī)模型，提取了構(gòu)成仿真的模型、問題和數(shù)值求解器三個(gè)抽象，提高了模型的復(fù)用性，降

5、低了Vite內(nèi)部各組成部分的耦合性；使用模型間的關(guān)聯(lián)和連接器組合模型從而搭建系統(tǒng)，使得構(gòu)成燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的概念和方程可以被層次化的管理；用UML符號(hào)給出了Vite的設(shè)計(jì)，易于被當(dāng)前面向?qū)ο蟮木幊陶Z言實(shí)現(xiàn)；給出了模型體系結(jié)構(gòu)的形式化描述，規(guī)范了模型的靜態(tài)結(jié)構(gòu)；用MathML表示方程，用XML表示模型，提高了模型的共享性；設(shè)計(jì)了模型與求解器的接口，增加了數(shù)值解法的選擇性。 (3)討論了根據(jù)容積法對(duì)國產(chǎn)某重型燃?xì)廨啓C(jī)的建模方法，建立了用

6、方程描述的壓氣機(jī)、渦輪、燃燒室、控制器、軸和容積環(huán)節(jié)等典型設(shè)備的數(shù)學(xué)模型。 (4)描述了使用Vite，結(jié)合SPGTS對(duì)國產(chǎn)某重型燃?xì)廨啓C(jī)性能和動(dòng)態(tài)特性仿真軟件的具體實(shí)現(xiàn)。開發(fā)者首先使用Vite通過建立方程建立模型，接著根據(jù)設(shè)計(jì)的交互場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)用戶界面，最后根據(jù)界面需要模型提供的服務(wù)實(shí)現(xiàn)外觀接口。最終所得的軟件是一個(gè)良好的仿真運(yùn)行環(huán)境，用戶在其中可以可視化的設(shè)置參數(shù)、運(yùn)行仿真模型，以圖表的方式察看燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的性能和動(dòng)態(tài)特性的仿真結(jié)

7、果。 (5)討論了燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)時(shí)模型。根據(jù)模型特點(diǎn)，開發(fā)了能實(shí)時(shí)求解該模型的Vite求解適配器和求解器。建立了通用的控制器在回路的燃?xì)廨啓C(jī)仿真平臺(tái)，在PC機(jī)上獲得了高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘，設(shè)計(jì)了可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)采集方式?；谠搶?shí)時(shí)模型和平臺(tái)，開發(fā)了國產(chǎn)某重型燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)時(shí)仿真程序，進(jìn)行了升降負(fù)荷和甩負(fù)荷仿真實(shí)驗(yàn)。通過整定PID控制器的參數(shù)獲得了理想的燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)，表明該模型、求解適配器、求解器和平臺(tái)可以滿足高精度燃?xì)廨啓C(jī)控制器在回路