本文对于船舶调距桨推进装置及其控制系统建模与仿真进行了系统的研究。 船舶柴油机-调距桨推进系统可以明显提高船舶的推进效率、改善机-桨的匹配性能、延长柴油机的使用寿命,近年来在实船上得到了广泛应用。论文应用解析方程法、准稳态法和试验数据修正法等综合建模方法,建立了该系统的数学模型。同时利用模块化的建模思想,建立了CPP型气动遥控系统和先进的DGS8800e数字调速器的数学模型,实现了柴油机启动过程中逻辑控制的可视化仿真。 由于螺旋桨特性的复杂性,螺旋桨推力和扭矩无法用解析式表达出来,为了避免利用螺旋桨图谱的复杂计算过程,本文将螺旋桨的敞水试验特性曲线作为函数发生器,建立了推力和扭矩计算的数学模型。考虑到调距桨液压伺服机构对推进系统的影响,论文给出了调距桨液压伺服机构的简化数学模型。Alpha2000 PCS推进控制系统是MAN B&W公司今年推出的先进的调距桨控制系统,本文对该系统进行了深入的研究,并利用模块化的建模思想,建立了Alpha2000 PCS推进控制系统的数学模型,并利用VC++ 6.0开发软件完成了调距桨推进装置及其控制系统的仿真软件编程。 论文对调距桨推进装置及其控制系统进行了仿真计算,分别给出了MAN B&W 6S35MC柴油机及其增压系统、螺旋桨推力、扭矩和螺距特性的稳态和动态工况下仿真数据和曲线;船舶紧急倒航工况下的仿真数据;MAN B&W MC CPP型气动遥控系统、DGS8800e数字调速器和Alphatronic2000 PCS推进控制系统的可视化仿真结果。仿真系统的稳态和动态数据与实船试航试验数据基本吻合,误差不大于5%,表明本文的建模方法和数学模型是正确有效的,模型能真正反映调距桨推进控制系统的稳态和动态特性,模型实时性好,仿真周期可减少到50毫秒。 本文所开发的调距桨推进装置及其控制系统可应用于轮机模拟器研制和仿真训练,可用于分析、预测和研究调距桨推进系统在变工况下的动态性能;可为调距桨推进装置及其控制系统的设计与优化提供基本的仿真环境。