船舶燃氣輪機裝置分布式集成仿真研究.pdf

1、在船舶燃氣輪機裝置的研制過程中通常面臨系統(tǒng)復(fù)雜性、指標嚴格性以及任務(wù)緊迫性等幾方面的挑戰(zhàn)。將系統(tǒng)仿真技術(shù)引入裝置模塊化設(shè)計，可以有效地預(yù)防研制風(fēng)險、節(jié)約研制成本、縮短研制周期。鑒于國內(nèi)在船舶燃氣輪機裝置集成仿真技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)研究不足，本文以此為研究對象，深入討論了分布式集成仿真平臺設(shè)計、開發(fā)以及應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)和實現(xiàn)方法。具體研究成果如下：
　　(1)建立了船舶燃氣輪機裝置分布式集成仿真平臺體系。以裝置模塊化設(shè)計對系統(tǒng)仿真服務(wù)的需

2、求為基礎(chǔ)，對平臺作了功能和技術(shù)問題分析，為平臺建立了分層的體系結(jié)構(gòu)和“服務(wù)器/計算節(jié)點”式的運行框架。綜合考慮各方面因素，選擇MATLAB/SIMULINK和HLA/RTI作為平臺的開發(fā)環(huán)境。為了使自治性仿真模型能夠在平臺中得到重用，提出對其采用兩層接口的封裝方法。
　　(2)開發(fā)了船舶燃氣輪機裝置模塊化模型庫。根據(jù)船舶燃氣輪機裝置實際物理結(jié)構(gòu)的裝配關(guān)系，并綜合考慮燃氣輪機裝置仿真研究中常用的容積慣性法，設(shè)計了支持自治性仿真模型重

3、用和分布式集成仿真的模塊化模型庫樹狀拓撲結(jié)構(gòu)。分析了模型庫中主要部件的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)部件數(shù)學(xué)模型的實際情況，選擇不同開發(fā)環(huán)境建立并驗證部件仿真模型，為分布式集成仿真平臺應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　(3)解決了船舶燃氣輪機裝置分布式集成仿真技術(shù)問題。以HLA技術(shù)的相關(guān)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合船舶燃氣輪機裝置分布式集成仿真的實際情況，開發(fā)了仿真對象模型、聯(lián)邦對象模型以及聯(lián)邦執(zhí)行數(shù)據(jù)文件，分析了仿真模型、仿真對象模型以及聯(lián)邦成員之間的對應(yīng)關(guān)系，解決了仿

4、真網(wǎng)絡(luò)中自治性仿真模型的互聯(lián)問題。為參與分布式集成仿真的聯(lián)邦成員設(shè)置了三條時間管理規(guī)則，解決了仿真網(wǎng)絡(luò)中的時間同步問題。設(shè)計了在SIMULINK/S-Function的回調(diào)函數(shù)中調(diào)用HLA接口規(guī)范服務(wù)功能的分配方案，提出了利用“參數(shù)變量”封裝多個功能各異的RTI接口模快的方法，解決了統(tǒng)一仿真環(huán)境問題。
　　(4)完成了船舶燃氣輪機裝置分布式集成仿真平臺開發(fā)。詳細分析了八種RTI接口模塊的功能和具體程序?qū)崿F(xiàn)算法，設(shè)計了“編碼”程序和

5、“解碼”程序，來協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)生產(chǎn)者、HLA/RTI以及數(shù)據(jù)消費者對數(shù)據(jù)形式的不同需求；設(shè)計了交互類Information和“訂購信息表”，來解決聯(lián)邦成員之間無法通過RTI查詢彼此仿真步長的問題；以“訂購信息表”為基礎(chǔ)，設(shè)計了接收對象類實例屬性反射值的算法，來解決聯(lián)邦成員間的數(shù)據(jù)通信在聯(lián)邦時間軸上的同步問題；以某型三軸燃氣輪機0維變比熱系統(tǒng)仿真模型為基礎(chǔ)，開展分布式集成仿真實驗，仿真結(jié)果驗證了RTI接口模塊及其搭建的分布式仿真接口的有效性。利

6、用MATLAB/GUI設(shè)計、開發(fā)了平臺其它組件的操作界面。
　　(5)開展了船舶燃氣輪機裝置分布式集成仿真平臺應(yīng)用研究。以COGAG裝置為研究對象，實現(xiàn)了基于SIMULINK/ADAMS協(xié)同的分布式集成仿真研究。以某型三軸燃氣輪機為研究對象，實現(xiàn)了基于SIMULINK/FLUENT協(xié)同的分布式集成仿真研究。上述分布式集成仿真實驗，分別驗證了平臺進行多學(xué)科耦合分析和仿真縮放的可行性。
　　本文在借鑒傳統(tǒng)的模塊化集成仿真技術(shù)、基