船用柴油机电控系统设计与实验研究

论文摘要

通过对国内外船用柴油机电控系统发展与现状的调查,根据相关船舶设备设计规范要求,提出了MDECS(Marine Diesel Electronic Control System)设计概念。MDECS是一种集监视、报警、控制和安全保护功能于一体的船用柴油机电控系统设计方案,采用模块化设计思想,整个系统由数个独立的硬件单元组成。各模块经过相应的软件配置,可以适应各种类型船用柴油机的控制需要,具有通用化、适应性强的物点,符合船舶机舱自动化技术的发展要求。MDECS(Marine Diesel Electronic Control System)系统的设计方案,将系统分成功能相对独立的几个模块,并对各模块的功能、系统内部、外部通信和各种功能的实现方式进行了论述。从具体的硬件电路角度,说明了各模块通用的ECU电路板应当如何设计。并且专门针对956型柴油机的特点,说明如何针对具体机型,对MDECS进行简化设计。MDECS模型的通用化、模块化设计特点使MDECS可以通过适当选择工程学上的“加法”和“减法”,对系统进行扩充和简化应用于各种不同型号的船用柴油机。MDECS软件采用分层化设计,将MDECS的软件划分为基础层和应用层。使MDECS软件具有良好的可移植性和可维护性,解决了随着软件规模扩大后,程序执行速度变差和数据通信管理复杂的问题。本文详细论述了如何利用C语言完成MDECS主要基础层软件设计,并把基础层软件合理组合应用于MDECS应用层软件的开发。根据956型柴油机的实际需要,开发了应用于956型柴油机的MDECS应用层软件。并对956型柴油机应用MDECS后的性能进行了测试,对测试结果进行了分析。文中还对MDECS的测试方法进行了说明。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 柴油机电控系统发展现状
• 1.2.1 国外柴油机电控系统的发展及现状
• 1.2.2 国内船用柴油机电控系统发展现状
• 1.3 本文主要工作
• 第2章 柴油机电控系统方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 MDECS的总体结构
• 2.3 MDECS各模块功能
• 2.3.1 柴油机控制器
• 2.3.2 安全保护器
• 2.3.3 辅助机械控制器
• 2.3.4 机旁操作站
• 2.3.5 遥控操作站
• 2.3.6 电源分配器
• 2.3.7 扩展模块
• 2.4 MDECS硬件设计思想
• 2.4.1 子模块划分
• 2.4.2 ECU电路板
• 2.4.3 信号转换电路板
• 2.4.4 MC9S12XEP100微控制器介绍
• 2.5 MDECS的软件设计思想
• 2.5.1 软件层次化设计思相
• 2.5.2 软件组织结构
• 2.6 针对956系列柴油机的MDECS简化设计
• 2.6.1 956柴油机简介
• 2.6.2 956柴油机控制参数分析
• 2.6.3 MDECS简化设计
• 2.7 本章小结
• 第3章 MDECS简化结构的硬件设计
• 3.1 引言
• 3.2 ECU电路板设计原则
• 3.2.1 ECU电路板的各种输入/输出资源
• 3.2.2 ECU组成逻辑框图
• 3.3 ECU电路板服务与辅助电路设计
• 3.3.1 电源电路设计
• 3.3.2 微控制器调试与模式设定电路设计
• 3.3.3 晶振与复位电路设计
• 3.3.4 ECU电路板上的调试电路
• 3.3.5 ECU电路板温度采集电路
• 3.4 ECU电路板输入通道电路设计
• 3.4.1 模拟信号采集电路设计
• 3.4.2 开关信号采集电路设计
• 3.4.3 脉冲量采集电路
• 3.5 ECU输出通道电路设计
• 3.5.1 开关量与脉冲信号输出电路
• 3.5.2 模拟信号输出电路
• 3.6 ECU通信电路设计
• 3.7 柴油机控制器信号转换电路板硬件设计
• 3.7.1 温度传感器信号采集
• 3.7.2 转速采集电路设计
• 3.7.3 有限转角力矩电机执行器驱动电路设计
• 3.7.4 有限转角力矩电机电流与位置检测电路设计
• 3.7.5 紧急停机电路
• 3.8 安全保护器设计
• 3.9 本章小结
• 第4章 MDECS基础软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 结构组织软件设计
• 4.2.1 任务调度的原理
• 4.2.2 任务就绪表的表示方法
• 4.2.3 任务就绪表的操作
• 4.2.4 任务调度操作
• 4.3 脉谱表格查询软件设计
• 4.3.1 脉谱的数学表示形式
• 4.3.2 脉谱的数据结构
• 4.3.3 脉谱的查询操作原理
• 4.3.4 脉谱查询流程
• 4.4 输入/输出设备软件设计
• 4.4.1 初始化程序设计
• 4.4.2 输入信号采集程序设计
• 4.4.3 输出信号程序设计
• 4.5 底层调试软件设计与运算参数管理
• 4.5.1 底层调试参数的据结构
• 4.5.2 独立参数表查询算法
• 4.5.3 脉谱参数查询算法
• 4.5.4 查询数组的单字节操作指令设计
• 4.5.5 单字节底层调试指令的使用方法
• 4.5.6 CAN总线底层调试指令设计
• 4.6 控制算法软件设计
• 4.6.1 增量式PID算法
• 4.6.2 PID计算结果保存数据结构
• 4.6.3 增量PID计算函数
• 4.8 本章小结
• 第5章 MDECS应用层软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 柴油机转速采集程序设计
• 5.2.1 转速采集原理
• 5.2.2 转速采集程序
• 5.3 各模块间通信软件设计
• 5.4 柴油机控制器软件设计
• 5.4.1 柴油机控制器基本控制策略
• 5.4.2 柴油机各种工况划分及其控制策略
• 5.4.3 工况切换程序设计
• 5.4.4 控制策略函数及各PID算法执行频率
• 5.5 安全保护器软件设计
• 5.6 本章小结
• 第6章 MDECS调试与配机实验
• 6.1 引言
• 6.2 基础层软件调试与ECU电路板调试实验
• 6.2.1 调试设备和调试软件
• 6.2.2 ECU电路板测试
• 6.2.3 基础层软件模块调试
• 6.3 柴油机控制器软件调试
• 6.4 仿真配机实验设备
• 6.4.1 配机前的准备工作
• 6.4.2 启动实验
• 6.4.3 怠速切换到常规工况实验
• 6.4.4 低速不带负荷加速实验
• 6.4.5 不带负荷1800转稳态运行突加满负荷实验
• 6.4.6 70%负荷1800转稳定运行突卸负荷实验
• 6.5 试验总结
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A
• 附录B