1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1. 研究背景及意义
随着全球环境的日益恶化和人们环保意识的逐渐加强，控制污染气体及温室气体排放的要求日益强烈。而作为国际贸易重要运输方式的航运业，船舶排放对大气造成的污染已引起国际社会的广泛关注。双燃料发动机是以柴油为引火燃料，可燃气体为主燃料的发动机。目前研究使用较多的便是柴油一天然气双燃料发动机。由于双燃料发动机在经济性、环保性、动力性能等方面具有众多优点，其成为未来发动机发展的重要方向。
另一方面，科学技术的突飞猛进，系统正不断向大型、复杂的方向发展，单颁域子系统建模已经不能适应现在大型、复杂的工程系统。在处理和研究涉及多物理域的发动机系统时，传统的通过实物试验法研究过程周期长、费用高、效率低，已经不能够满足快速性和多样性的要求。计算机的厂泛应用和模型开发工具的发展使计算机建模和仿真成为了可能，通过建模和仿真能在样机设计之前为设计提供多种选择，并且可以研究那此在实际应用中昂贵的、耗时的和以实现的运转工况，即能对一个项目的概念设计减少试验次数，在开发早期确定控制目标，缩知试运行和实际工作等各个阶段提供文持，开发时间，是研究各子系统之间的动态关系的有力工具。
就LＮＧ发动机而言，现今的控制效果和策略还有很多地方需要改进和优化。国内的控制水平离国外的还有较大差距。发动机作为一个非线性，多变量，物理化学变化综合的系统，许多理论都需要实际经验的指导。要想控制好一个系统，就必须先弄清楚被控系统的属性。因此发动机仿真也无疑是最好的选择之一。
1.2 双燃料发动机国内外研究现状
（1）国外发展现状
近年在瓦锡兰、曼恩等柴油机巨头的带动下，全球双燃料发动机技术发展可谓风生水起。总体上讲，目前取得实质性进展的产品仍主要来自于传统的船用柴油机生产制造商，如瓦锡兰、曼恩以及卡特彼勒旗下的马克品牌。
2011年2月，wartsil公司进行了RTX5 低速双燃料发动机的测试，并在当年达到了IMOTierIII 的氮氧化物排放的标准。2014年年初，中航鼎衡承接的丹麦船东15000 化学品船，采用Wartsilal 全球首批二冲程低速双燃料主机RT-flex50DF.中国船东和运营商浙江华祥海运有限公司正在建造一艘14000m液化天然气船，并订购了Wartsila 的五缸RT-flexSODF 发动机、气阀装置和其他相关设备。MANBamp;W在1994 年就开始研制双燃料发动机，但是由于外部环境等原因研发工作停滞不前，直到2011年才举行了ME-GI 的发布会，它的优势在于比普通柴油机减少23%二氧化碳排放、80%氮氧化物排放和90%硫氧化物排放口。为了将ME-GI推向商业化，MANBamp;W 公司在2012 年4 月在该机型的测试展示会上宣布该原型机将由现代重工和三井造船分别生产。为了更好的推广双燃料发动机MAN Bamp;W 公司还与大宇造船海洋合作，开发能够给大型船舶提供高压气体燃料的系统。
因为中小型船舶能够使用双燃料中速机作为主机或者发电机，所需求的功率小、燃料量相对较少、燃料便于储存等优点，所以中速机的推广和使用高于大型低速机。Wartsil 在中速机的市场份额上处于领先地位，它研发推出了20DF.34DF,50DF 三种中速双燃料机型。而MANBamp;W 虽然在中速机落后于Wartsil,但也开发研制了两种中速双燃料机型，分别为32/40DF、51/60DF.美国Caterpillar 公司也在中速双燃料发动机发展的不错，它在2011年底推出了M46DF机型。
（2）国内发展现状
为了推广内河“长江绿色物流创新工程”和“气化长江”等项目都提出了将我国内河船舶进行“油改气”的概念，它的主要内容是只对原有柴油机进行加装集油一天然气系统，不进行其他改变。自2010年以来。我围不断对内河船的进行“油改气”的改造，从有降低内河船舶污染物的排放。有很多成功案例主要包括:2018年8月江苏宿迁海市局和北京油路集团合作改造的3000 吨级“苏宿货1260号”。已经成功的在京杭运河试航。2011年3月中国长较肮集团和高地石油控股集团等合作研发改造的“长迅三号”成功试航；2011年4月中石油昆仑能源公司独自改造的5000吨船舶也在芜湖成功试航。
我国内燃机行业的科研人员一直坚持并开展了大量的船用双燃料发动机方面的大量工作，如淄博柴油机总公司的470、210 双燃料发动机，潍坊荣油机的6160双燃料发动机，济南柴油机的190 双燃料发动机等。淄博柴油机的210 双燃料发动机采用了国内首创、具有自主知识产权的燃气多点喷射控制系统，其喷射定时和定量控制精度高、可靠性好、成本较低，发动机技术指标达到国际先进、国内领先水平。从工信部装备司有关会议了解到，我国船用高速及大功率中速天然气机也已立项研究。

1.3．研究目的
（1）理解发动机的仿真意义。发动机仿真包括发动机本身的仿真，发动机控制系统的仿真，也包括在环仿真（HIL）系统。仿真无疑能节约开发成本，加快发动机控制器的设计与更新。对发动机本体的仿真还有助于发动机制造厂家优化发动机设计方案，提高发动机性能。在此设计中，我们主要侧重于发动机的模型本身仿真，及其试验系统。
（2）熟悉LNG双燃料发动机的模型结构，通过学习了解系统辨识原理，掌握双燃料发动机的建模方法，包括试验设计、数据采集、模型结构辨识、模型参数辨识、模型检验等，得到尽可能精确的发动机数学模型。
（3）学会运用仿真软件，即以simulink为核心的MATLAB软件建立发动机仿真系统、LNG双燃料发动机试验系统，并进行试验调试，验证数学模型和仿真模型的正确性。
（4）总体来说，本人希望通过研究和设计LNG双燃料发动机仿真模型以及试验系统，掌握当前研究发动机领域的基础技术，也为以后的学习工作提供经验。

2. 研究的基本内容与方案

2.1. 研究的基本内容、目标：

1.通过查阅文献和资料，了解lng双燃料发动机试验系统的工作原理和组成，了解lng双燃料发动机的基本特性，了解lng发动机国内外的研究状况；

2.通过阅读有关文献资料，确定lng双燃料发动机仿真模型结构，如是否线性、一阶还是二阶、在线还是离线；选取模型类后，利用系统辨识原理，选择输入输出信号的特性，如采样时间，信号幅度等；并选择合适的算法以此类推，确定模型结构参数，辨识出比较精确的发动机系统数学模型；

3. 研究计划与安排

第1-3周：收集文献和相关资料进行毕业设计调查，完成开题报告和文献综述；
第4周：查阅相关书籍，熟悉并掌握matlab等软件在本次研究中需要的操作，翻译外文文献。

第5-6周：熟悉系统辨识方法，掌握双燃料发动机的建模方法，并初步建立发动机的模型，完成有关计算。

第7周：进行模型讨论，寻求建议，进行模型修正。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 李炯．面向对象的发动机建模与动态仿真研究．华北工学院学位硕士论文，2004.
[2] 张辰虓等．船用双燃料发动机工作过程的建模与仿真．大连海事大学工程硕士毕业论文，2017.
[3] 夏飞．基于MATLAB/SIMULINK的航空发动机建模与仿真研究．南京航空航天大学硕士毕业论文，2007.
[4] 梁昱，周立迎．双燃料发动机技术研究综述．贵阳学院机电系，2007.
[5] 彭雪竹．国内外双燃料发动机发展状况分析．船舶物资与市场。2012.
[6]曹云鹏.双燃料发动机ECU硬件在环仿真研究.哈尔滨工程大学轮机工程硕士毕业论文, 2005,.
[7] 彭育辉，林腾飞.车用发动机柴油-LNG双燃料改装技术.福州大学机械工程及自动化学院.2014.
[8] 孔令树. 压缩天然气发动机仿真与建模.华中科技大学自动化系, 2015.
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[11] 刘军华，巫影，聂伟．基于闭环辨识的柴油机模型研究，海军工程学院动力工程学院，2014.
[12] 徐前.基于模型辨识的柴油机电控调速系统系统的研究 .工程科技，2011.NO.S1.
[13]赵学良.输入误差类多输入单输出系统的辨识.江南大学硕士学位论文,2011.3
[14]陈力.直升机飞行力学模型系统辨识技术研究.南京航空航天大学硕士论文，2016
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