船舶柴油機調速器系統仿真及故障診斷智能系統

王世振

摘? ?要：伴隨著船舶行業的發展，推船舶推動系統的動力性、經濟性和安全性也隨之提出了更高的要求。為了更好地滿足這一要求，必須要全面提升船舶柴油機調速器系統的穩定性，借助仿真技術，對船舶運行中可能存在的故障進行檢測，進而保障船舶的順利航行。本文立足于船舶柴油機調速器系統，對仿真技術在故障診斷中的具體應用進行了詳細的研究和分析。

關鍵詞：船舶? 柴油機調速器? 仿真技術? 故障診斷? 智能系統

中圖分類號：TK424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）06（c）-0081-02

船舶柴油機是一個復雜的系統，具有多系統性、非線性，其運行環境相對比較惡劣。柴油機的調速器則負責將船舶的轉速范圍維持在規定的范圍之內，進而保障船舶正常運行。在船舶運行的過程中，柴油機調速器極容易受到運行環境、海況和工礦等不同要求的制約，傳統的控制模式下，極容易導致船舶柴油機在運行的過程中，產生多種問題。因此，在信息技術背景下，必須要充分借助仿真技術，構建一個仿真診斷系統，對船舶柴油機調速器運行中可能出現的故障進行診斷。

1? 船舶柴油機調速器結構與功能分析

柴油機調速器是船舶運行的動力系統，主要是對船舶柴油機的轉速進行控制，進而對其轉速和噴油量進行改變，最終使得柴油機在規定的范圍內進行轉速。就船舶柴油機調速器結構來說，按照調速器執行的機構不同，可將其劃分為機械式、液壓和電子調速器三種。其中，電子調速器主要有模擬電子調速器和數字電子調速器兩種，屬于電子控制系統。與其他的調速器不同，電子調速器無需使用機械機構，并且在調控的時候，動作十分靈敏、反應速度非?？?，并且具有安裝簡單和方便，便于對其他控制系統的接口進行控制，進而實現船舶柴油機的自動化控制。

船舶柴油機電子調速器主要是由三個部分所組成，即：轉速控制器、電子驅動單元、電動執行器，主要是對船舶柴油機進行精準、快速和穩定的控制，保障柴油機規范的供油，并保障其正常運行[1]。

1.1 轉速控制器

主要是對柴油機的轉速進行檢測，結合傳播柴油機的運行情況，對其轉速進行控制和調節。而在這一部分中，微處理器則是其核心，對低速柴油機的運行特點進行了充分地考慮，并且在調節的時候，對其轉速的穩定性進行了充分地關注;

在船舶柴油機中，通過轉速控制，可以充分結合船舶運行的實際情況，在既定操作模式下，對柴油機的主機轉速進行有效的調節和控制，進而保障船舶的正常運行。具體來說，其功能主要包括：工作方法選用、轉速和供油限制、故障和轉速檢測、轉速調節、共有補償、VIT和汽缸潤滑控制等。

1.2 電子驅動單元

這一部分是船舶柴油機電子調速器中的中間環節，主要是對對轉速控制器所傳送過來的油門開度設定值的命令進行接收，只有經過線性變化、功率放大等，將這一信號輸出，并進行執行。同時，這一單元還對船舶柴油機中電動執行器相關的轉角輸角變化的反饋信號進行接收;

在船舶柴油機的電子調速器運行中，電子驅動單元作為一個重要的中間環節，在柴油機運行的時候，主要包括狀態監視、無差調節、品質調節和功率放大等功能，將電子調速器控制在規范的速度內，保障船舶的正常運行。

1.3 電動執行器

這一部分主要由驅動電機、減速機構共同組成。其中，減速機構則是通過傳統機構、供油離合器對主機油門的開度進行控制;驅動電機則要制定一些反饋信息。在在船舶柴油機的電子調速器系統中，電動執行器實質上就是一個帶有內置式制動器的伺服電動機，主要是安裝在高壓油泵油門齒條的側邊，最終對油門的齒條進行驅動[2]。

2? 船舶柴油機調速器系統仿真

船舶柴油機調速器系統仿真就是以船舶電子調速器作為系統原型，將現代系統仿真理論建立相關的模型，并在計算機上進行模擬運行?？梢哉f，這一仿真系統是建立在控制理論、相似理論、信息處理技術、計算機技術等理論基礎之上，并且以計算機、其他的專用物理效應設備作為工具，借助系統模型進行實驗。之后，由相關的專家，根據自己已有知識經驗，憑借數結果進行分析，進而得出相關的結論。

具體來說，仿真系統主要包括三個基本的元素，即：系統、系統模型、計算機。并且這三個基本的元素，是通過模型建立、仿真模型建立、仿真試驗三項活動將其聯系起來的，具體如圖1所示。

在本次研究中，船舶柴油機調速器中的仿真系統中，主要包括系統建模、計算機模型建立、仿真運行三個模塊。其中，系統建模主要是從柴油機調速器中構建一個系統模型，即：建立模型結構、提供數據;計算機模型建立的任務則是將系統模型進行抽象，使其成為數學公式、邏輯流程圖，并對其進行模型驗證。同時，這一版塊的任務還負責將抽象的公式和流程圖進行轉換，使其成為計算機語言描述模型，進而建立一個仿真模型;仿真運行這一模塊的任務則是將模型的行為與實際系統的行為進行比較，并對模型程序實現的準確性、計算機產生數據的準確性進行驗證[3]。

3? 船舶柴油機調速器系統仿真與故障診斷

船舶在運行的時候，為了保障其正常運行，必須要保障調速器的正常調控，以免其在運行的時候出現故障。具體來說，在借助船舶柴油機調速器系統仿真系統，對故障進行診斷的時候，可充分借助故障樹分析法對故障進行分析。

故障樹分析法是一種非常重要的分析方法，具有極強的可靠性和安全性，并且在許多領域中已經得到了廣泛的應用。這一仿真系統的分析方法，兼顧了規則、定量模型診斷的優點，有效解決了故障樹分析法智能診斷中面臨的瓶頸問題。

具體來說，在借助故障樹分析法對故障進行分析的時候，應注意：（1）構建一個故障樹。在構建故障樹之前，應先對產品設計、運行、維修等相關資料進行收集和分析;之后明確故障的事件，將頂事件確定下來;并合理確定系統的邊界條件、建樹;（2）故障樹中使用的符號。在借助故障樹對故障進行分析的時候，必須要對故障樹的符號進行確定，包括：頂事件、中間事件、底事件、邏輯“與門”、邏輯“或門”等，通過這些故障樹的符號，可以對故障方向的邏輯分析過程進行明確。

在對船舶柴油機調速器故障進行診斷的時候，可充分借助故障樹分析方法，對調速器的狀態進行評估，并借助聯絡矩陣方法、節點遍歷方法等模式進行計算，并由相關的專家根據計算的數據，對其進行分析。在此基礎上還要結合故障發生的可能性，對其進行排列，指導輪機管理人員對所發生的故障進行排除，進而提升故障分析的準確性。同時，在這一系統中，還可以結合用戶的信息反饋，對故障專家知識庫中最小路集分析的參數進行修正，并對系統中的數據進行更新，進而使得后期的故障分析更加精準[4]。

4? 結語

綜上所述，柴油機調速器是船舶運行的動力系統，主要負責對柴油機的轉速進行控制，進而對其轉速和噴油量進行控制，最終保持柴油機正常運行，給船舶的正常航行提供有利的條件。船舶柴油機調速器仿真系統與故障診斷在實際應用中具有十分重要的價值，是保障船舶正常航行的必要條件。因此，必須要充分借助現代信息技術，積極構建一個船舶柴油機調速器仿真系統，并借助這一仿真系統，對調速器運行中出現的故障進行分析，并對其進行針對性地解決，最終保障船舶的正常航行。

參考文獻

[1] 唐新飛. 船用柴油機故障檢測與診斷方法研究[D].武漢理工大學，2018.

[2] 王寶生.基于數據挖掘的船舶主機故障遠程診斷系統設計[J].珠江水運，2019（17）.

[3] 金江善，董曉露， 秦慈偉，等.基于概率神經網絡的船用柴油機共軌系統限流閥故障診斷研究[J].內燃機工程， 2018， 39（3）：81-87.

[4] 張陽.船用中速柴油機故障建模仿真研究[J].中國修船， 2019（5）：5-7.