船舶柴油机调速器系统仿真及故障诊断智能系统
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摘 要：伴随着船舶行业的发展，推船舶推动系统的动力性、经济性和安全性也随之提出了更高的要求。为了更好地满足这一要求，必须要全面提升船舶柴油机调速器系统的稳定性，借助仿真技术，对船舶运行中可能存在的故障进行检测，进而保障船舶的顺利航行。本文立足于船舶柴油机调速器系统，对仿真技术在故障诊断中的具体应用进行了详细的研究和分析。
关键词：船舶 柴油机调速器 仿真技术 故障诊断 智能系统
中图分类号：TK424 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）06（c）-0081-02
船舶柴油机是一个复杂的系统，具有多系统性、非线性，其运行环境相对比较恶劣。柴油机的调速器則负责将船舶的转速范围维持在规定的范围之内，进而保障船舶正常运行。在船舶运行的过程中，柴油机调速器极容易受到运行环境、海况和工矿等不同要求的制约，传统的控制模式下，极容易导致船舶柴油机在运行的过程中，产生多种问题。因此，在信息技术背景下，必须要充分借助仿真技术，构建一个仿真诊断系统，对船舶柴油机调速器运行中可能出现的故障进行诊断。
1 船舶柴油机调速器结构与功能分析
柴油机调速器是船舶运行的动力系统，主要是对船舶柴油机的转速进行控制，进而对其转速和喷油量进行改变，最终使得柴油机在规定的范围内进行转速。就船舶柴油机调速器结构来说，按照调速器执行的机构不同，可将其划分为机械式、液压和电子调速器三种。其中，电子调速器主要有模拟电子调速器和数字电子调速器两种，属于电子控制系统。与其他的调速器不同，电子调速器无需使用机械机构，并且在调控的时候，动作十分灵敏、反应速度非常快，并且具有安装简单和方便，便于对其他控制系统的接口进行控制，进而实现船舶柴油机的自动化控制。
船舶柴油机电子调速器主要是由三个部分所组成，即：转速控制器、电子驱动单元、电动执行器，主要是对船舶柴油机进行精准、快速和稳定的控制，保障柴油机规范的供油，并保障其正常运行[1]。
1.1 转速控制器
主要是对柴油机的转速进行检测，结合传播柴油机的运行情况，对其转速进行控制和调节。而在这一部分中，微处理器则是其核心，对低速柴油机的运行特点进行了充分地考虑，并且在调节的时候，对其转速的稳定性进行了充分地关注;
在船舶柴油机中，通过转速控制，可以充分结合船舶运行的实际情况，在既定操作模式下，对柴油机的主机转速进行有效的调节和控制，进而保障船舶的正常运行。具体来说，其功能主要包括：工作方法选用、转速和供油限制、故障和转速检测、转速调节、共有补偿、VIT和汽缸润滑控制等。
1.2 电子驱动单元
这一部分是船舶柴油机电子调速器中的中间环节，主要是对对转速控制器所传送过来的油门开度设定值的命令进行接收，只有经过线性变化、功率放大等，将这一信号输出，并进行执行。同时，这一单元还对船舶柴油机中电动执行器相关的转角输角变化的反馈信号进行接收;
在船舶柴油机的电子调速器运行中，电子驱动单元作为一个重要的中间环节，在柴油机运行的时候，主要包括状态监视、无差调节、品质调节和功率放大等功能，将电子调速器控制在规范的速度内，保障船舶的正常运行。
1.3 电动执行器
这一部分主要由驱动电机、减速机构共同组成。其中，减速机构则是通过传统机构、供油离合器对主机油门的开度进行控制;驱动电机则要制定一些反馈信息。在在船舶柴油机的电子调速器系统中，电动执行器实质上就是一个带有内置式制动器的伺服电动机，主要是安装在高压油泵油门齿条的侧边，最终对油门的齿条进行驱动[2]。
2 船舶柴油机调速器系统仿真
船舶柴油机调速器系统仿真就是以船舶电子调速器作为系统原型，将现代系统仿真理论建立相关的模型，并在计算机上进行模拟运行。可以说，这一仿真系统是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术、计算机技术等理论基础之上，并且以计算机、其他的专用物理效应设备作为工具，借助系统模型进行实验。之后，由相关的专家，根据自己已有知识经验，凭借数结果进行分析，进而得出相关的结论。
具体来说，仿真系统主要包括三个基本的元素，即：系统、系统模型、计算机。并且这三个基本的元素，是通过模型建立、仿真模型建立、仿真试验三项活动将其联系起来的，具体如图1所示。
在本次研究中，船舶柴油机调速器中的仿真系统中，主要包括系统建模、计算机模型建立、仿真运行三个模块。其中，系统建模主要是从柴油机调速器中构建一个系统模型，即：建立模型结构、提供数据;计算机模型建立的任务则是将系统模型进行抽象，使其成为数学公式、逻辑流程图，并对其进行模型验证。同时，这一版块的任务还负责将抽象的公式和流程图进行转换，使其成为计算机语言描述模型，进而建立一个仿真模型;仿真运行这一模块的任务则是将模型的行为与实际系统的行为进行比较，并对模型程序实现的准确性、计算机产生数据的准确性进行验证[3]。
3 船舶柴油机调速器系统仿真与故障诊断
船舶在运行的时候，为了保障其正常运行，必须要保障调速器的正常调控，以免其在运行的时候出现故障。具体来说，在借助船舶柴油机调速器系统仿真系统，对故障进行诊断的时候，可充分借助故障树分析法对故障进行分析。 故障树分析法是一种非常重要的分析方法，具有极强的可靠性和安全性，并且在许多领域中已经得到了广泛的应用。这一仿真系统的分析方法，兼顾了规则、定量模型诊断的优点，有效解决了故障树分析法智能诊断中面临的瓶颈问题。
具体来说，在借助故障树分析法对故障进行分析的时候，应注意：（1）构建一个故障树。在构建故障树之前，应先对产品设计、运行、维修等相关资料进行收集和分析;之后明确故障的事件，将顶事件确定下来;并合理确定系统的边界条件、建树;（2）故障树中使用的符號。在借助故障树对故障进行分析的时候，必须要对故障树的符号进行确定，包括：顶事件、中间事件、底事件、逻辑“与门”、逻辑“或门”等，通过这些故障树的符号，可以对故障方向的逻辑分析过程进行明确。
在对船舶柴油机调速器故障进行诊断的时候，可充分借助故障树分析方法，对调速器的状态进行评估，并借助联络矩阵方法、节点遍历方法等模式进行计算，并由相关的专家根据计算的数据，对其进行分析。在此基础上还要结合故障发生的可能性，对其进行排列，指导轮机管理人员对所发生的故障进行排除，进而提升故障分析的准确性。同时，在这一系统中，还可以结合用户的信息反馈，对故障专家知识库中最小路集分析的参数进行修正，并对系统中的数据进行更新，进而使得后期的故障分析更加精准[4]。
4 结语
综上所述，柴油机调速器是船舶运行的动力系统，主要负责对柴油机的转速进行控制，进而对其转速和喷油量进行控制，最终保持柴油机正常运行，给船舶的正常航行提供有利的条件。船舶柴油机调速器仿真系统与故障诊断在实际应用中具有十分重要的价值，是保障船舶正常航行的必要条件。因此，必须要充分借助现代信息技术，积极构建一个船舶柴油机调速器仿真系统，并借助这一仿真系统，对调速器运行中出现的故障进行分析，并对其进行针对性地解决，最终保障船舶的正常航行。
参考文献
[1] 唐新飞. 船用柴油机故障检测与诊断方法研究[D].武汉理工大学，2018.
[2] 王宝生.基于数据挖掘的船舶主机故障远程诊断系统设计[J].珠江水运，2019（17）.
[3] 金江善，董晓露， 秦慈伟，等.基于概率神经网络的船用柴油机共轨系统限流阀故障诊断研究[J].内燃机工程， 2018， 39（3）：81-87.
[4] 张阳.船用中速柴油机故障建模仿真研究[J].中国修船， 2019（5）：5-7.
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