第２０卷第１６期２００８年８月
系统仿真学报＠
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Ａｕｇ．，２００８
基于ＧＴ＿ｐｏｗｅｒ与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的发动机及其控制系统仿真
王银燕，杜剑维，王贺春，石凡
（哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，哈尔滨１５０００１）
摘要：为了减少发动机控制系统的开发时间和费用，建立了基于ＧＴ．ｐｏｗｅｒ与ＭＡＴＬＡＢ／ｓｉｍｕＵｎｋ
证明该仿真模型适用于相继增压控制系统开发．在此基础之上，进行了相继增压切换仿真，分析
了该仿真平台对于发动机控制系统设计的意义．
关键词：发动机；相继增压；Ｇ，ｒ－ｐｏｗｅｒ；ＭＡＴＡＩ，ＡＢ／ｓｉｎｍｌｉｌｌｋ；系统仿真
中图分类号：ＴＰ３９１．９；ｎ“１３．５文献标识码：Ａ文章编号：１００４．７３１Ｘ（２００８）１６－４３７９．０３ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＥｎｇｉｎｅａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＧ１’－ｐｏｗｅｒａｎｄＳｉｍｕＵｎｋ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：∞ｇｉｎｅ；∞ｑｕ∞ｔｉａｌ
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引言研究更加具有实际意义·
随着发动机各种新兴技术的不断发展，发动机的电控技术发展极为迅速，日趋复杂，因此需要在发动机研发中降低控制系统的研发时间与成本，这样亦可加速发动机的研发进程。在建立控制系统模型时，需要建立柴油机模型来检验控制策略。发动机控制系统模型多在ＭＡ：兀，ＡＢ／ＳｉｍｕｌｉＩｌｌ【中建立［１】，然而基于该平台的发动机模型１２卅，往往进行了诸多假设，有些只能够反映发动机部分参数在控制策略执行时的变化趋势。然而控制器实物与实际发动机联合运行时，往往会
出现一些没有预料到的问题，从而需要修改控制策略，重新加工控制器。如果能够建立一个能够更全面地反映发动机性能的模型，则可以大大降低控制系统开发的时间与成本。而ＧＴ－ｐｏｗｅｒ是一个专业进行发动机仿真的软件，由该软件建立的发动机模型便可以满足上述要求。因此，对发动机及其控制系统进行了基于ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｌ【与ＧＴ－ｐｏｗｃｒ的联合仿真。
相继增压是一种提高柴油机低工况性能、降低柴油机油耗和排放的新兴技术【５－８】，该技术多应用于大功率柴油机中【９】，试验成本很高，因此，应用联合仿真平台对其进行仿真
收稿日期：２００７—０４．１０修回日期：２００７．０６．０８
基金项目：相继增压新技术研究（４０１０１０４０１０３）
作者介绍：王银燕ｆ１９６１．１，女，黑龙江人，教授，博导，研究方向为内燃机工作过程及增压；杜剑维（１９８２．），男，河北人，博士生，研究方向为内燃机工作过程及系统仿真与控制；王贺春（１９７９一），男，河北人，讲师，研究方向为内燃机相继增压技术及其电控；石凡（１９８ｌ一），男，湖南人，博士生，研究方向为内燃机工作过程及增压。１柴油机及其增压系统模型
１．１ＧＴ－ｐｏｗｅｒ简介
柴油机及其增压系统应用ＧＴ．ｐｏｗ盯软件进行建模仿真。ＧＴ－ｓｕＩＴＥ系列软件是美国Ｑ衄
ｍＴｃｃｈｎｏｌｏ画ｅｓ公司开发的汽车仿真分析软件，其组成部分ＧＴ－ｐｏｗ盯是专业进行发动机性能仿真的软件，它是基于管内一维流动和缸内容积法进行计算分析的，适合于模拟分析各种发动机的性能。ＧＴ－ｐｏｗｅｒ是一个模块化的仿真软件，包括了发动机的传热模型、燃烧模型以及发动机的各个组成部分，如：气缸、气阀、涡轮、压气机等，便于建立准确的发动机模型。故ＧＴ．ｐｏｗｅｒ现在已被广泛应用于发动机的仿真与开发中。１．２柴油机及其增压系统模型
柴油机采用相继增压技术后，改变了常规串联增压系统低工况时，由于排气能量的减少，使涡轮转速下降，增压压力不足，柴油机得不到要求扭矩所必需的空气量，从而使燃烧恶化，功率下降的现象。相继增压系统可以认为是一种非连续变化的可变截面涡轮增压系统，在额定工况下，所有增压器都工作，低工况时关掉一台或几台增压器，这样相当于减小了涡轮喷嘴通流面积。由于涡轮通流面积随柴油机转速和功率下降，排气能量的降低而减小，使得增压压力、空气流量和增压器的效率都能处于较高的水平上，满足了柴油机低速时的扭矩特性要求。
ＴＢＤ２３４ｖ１２柴油机采用相继增压后的结构示意图如图
基于GT-power与Simulink的发动机及其控制系统仿真
作者：WANG Yin-yan， 杜剑维， WANG He-chun， 石凡， WANG Yin-yan， DU Jian-wei， WANG He-chun， SHI Fan
作者单位：哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，哈尔滨,150001
刊名：
系统仿真学报
英文刊名：JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION
年，卷(期)：2008，20(16)
被引用次数：2次
1.薛定宇基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用 2002
2.孙建波.郭晨.张旭大型船舶动力装置的建模与仿真研究[期刊论文]-系统仿真学报 2007(03)
3.王海燕.张均东.任光大型船用柴油机建模与动态仿真[期刊论文]-系统仿真学报 2006(09)
4.陈新传.徐定海.敖晨阳MWMTBD234V8柴油机闭式循环仿真[期刊论文]-系统仿真学报 2001(02)
5.王银燕带有旁通补燃的相继增压柴油机的计算分析[期刊论文]-哈尔滨工程大学学报 1999(01)
6.Yinyan Wang.Fan Shi Calculation and Analysis of a TBD234V12 Marine Diesel Engine with STC 2006
7.王贺春TBD234V12柴油机相继增压技术研究[学位论文] 2004
8.丁钟江相继增压柴油机准稳态建模及仿真研究 2004(B12)
9.A A Abdel-Rahman.M K Ibrahim.A A Said An improvement of part load performance of diesel engines operating at constant speed conditions 1994
1.学位论文王红莲基于虚拟仪器的相继增压热动力试验台测控系统设计2009
相继增压技术是改善高增压柴油机低工况性能的有效方法之一，被众多柴油机所采用。然而在其应用
过程中，如果相继增压的切换点和切换延迟等选择不当，特别是在柴油机瞬态过程中，容易导致压气机喘振、涡轮增压器超速以及油耗增加等问题的出现。<br>
为了进一步研究相继增压系统在各种工况下的运行特性，建设了相继增压热动力试验台，该试验台可完成增压器中压气机、涡轮的相关特性参数的测量和三台增压器的切换试验，有利于更好的改进相继增压系统。测控系统是试验台十分重要的组成部分，是在计算机等现代科技高速发展情况下，人们借助各种电子设备完成对试验过程的控制以及重要参数的采集处理，是试验顺利进行的有效保证。<br>
本文在分析研究试验台性能测控要求及传统测控手段的基础上，利用现代计算机技术、传感技术、电子技术以及软件技术，研究开发了一套完整的基于虚拟仪器的相继增压热动力试验台测控系统。<br>
根据对试验台结构和试验目的的全面分析，确定了各试验参数、测量精度与上下限范围，制定了试验项目和具体的试验方法。并在此基础上，选取了合适的传感器、信号调理模块、数据采集模块、数字输入输出模块，确定了数据传输形式。在选取过程中，测控系统硬件采用功能化、模块化、插卡化以减少装置和设备数量，并尽量选择了标准设备以易维修。外部选用CAN总线实现两台工控机的数据传输，内部选用工控机自身的PCI总线为CPU及高速外部设备提供高性能的数据通路，并设计制作了控制台，确定了控制方案。<br>
软件采用三层递进模块式结构，采取由上至下的设计方法，用流行软件LabWindows/CVI实现各功能模
块运作。层次化设计的主要目的是隔离硬件和应用程序，以支持未来不可避免的硬件升级。在设计过程中运用MAX实现对测控系统中各硬件模块的配置，ini文件实现对测控系统各物理通道的初始化配置，数据循环缓冲技术和数据流存盘技术实现数据采集、实时曲线显示、存储与回放等功能，等值线绘制方法实现压气机特性曲线绘制，用CVISQL工具包实现对Access数据库的访问，从而实现用户登录与管理、日志与报警记录的存储与调用等功能。<br>
最后，进行了系统抗干扰设计与软硬件联调。通过验证，设计方案可以满足相继增压热动力试验台的测控要求。
2.学位论文杨传雷基于虚拟仪器的相继增压柴油机试验台测控系统设计2007
为了对相继增压柴油机及其电控系统进行深入研究，建立了TBD234V12相继增压柴油机试验台，测控系统是该试验台的重要组成部分。本文着重于试验台测控系统的设计。测控系统以一台工业控制机为核心，根据所采集信号的性质不同，选配了多功能数据采集卡，自主设计了信号调理箱，开发了DL(动力)2000发动机测控系统，对试验台进行参数采集和相关控制。
本文主要包括三大部分，分别是测控系统硬件设计、测控系统软件设计和测控系统调试和功能验证。
在硬件设计部分，汇总了所要测量的参数，并进行了分类，详细阐述了各种信号的测量和控制方法：
自主设计了信号调理箱来完成各种信号的调理，分类介绍了各种信号的调理电路，并给出了信号调理箱内部的总布局以及接线图，为软件的开发打下良好的基础。
在软件设计部分，利用流行的G语言开发平台LabVIEW，开发了DL2000发动机测控系统，实现了对试验台的测量以及控制。软件主要完成各参数的采集、显示、存储、回放以及报警等功能。软件主界面以试验台结构图为背景，在测量点处显示相应的参数，以非常直观的方式来组织界面，做到了界面美观、操作方便。对软件开发中运用的几项技术进行了介绍，包括数据库技术、自定义控件和混合编程等。最后对各模块功能的实现进行了详细说明
，包括数据采集、数据存储、示功图分析、参数报警和报表打印模块等。
在系统调试和验证部分，对测控系统的功能、性能指标和可靠性，利用信号发生器以及自制的信号发生电路进行了调试和试验，对数据进行了记录和分析，表明系统功能完善、测试精度较高，达到了预期目标。
3.期刊论文杨传雷.王银燕.王贺春.杜剑维.YANG Chuan-lei.WANG Yin-yan.WANG He-chun.DU Jian-wei相继增压
柴油机试验台测控系统设计-测控技术2008,27(5)v12发动机图纸
发动机台架试验是发动机性能测试的主要手段，采用计算机控制的自动测试与控制系统是其发展的必然趋势.以NI多功能数据采集(DAQ)卡硬件为基础，自主设计了发动机各种测量和控制信号的调理和控制电路；以L丑bVIEW为上位机软件开发环境.开发了相继增压柴油机试验台测控软件，实现了对柴油机
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