[发明专利]一种仿真获得船舶柴油机故障数据的方法

摘要

一种仿真获得船舶柴油机故障数据的方法，属于船舶柴油机故障监控和预测领域，基于船舶柴油机模型实现，包括：建立实际可行柴油机模型，调整模型的结构参数使得到的输出参数与实际柴油机一致；分析确定柴油机故障因素加入方法、故障阈值和发生故障所需时间；按照维纳过程逐渐向模型中增加故障因素直至确定的故障阈值，分别采集故障发生过程中各状态稳定情况下的监测参数可以获得故障发生过程数据。本发明使用仿真模型的方法可以高效的产生大量船舶柴油机故障数据，按照维纳过程仿真故障因素的增长保证故障发生过程的随机不确定性，降低故障数据采集成本，为定性分析船舶柴油机故障和基于数据驱动的故障分析方法提供大量数据。

主权项

1.一种仿真获得船舶柴油机故障数据的方法，其特征在于：所述的方法基于船舶柴油机模型实现，按照维纳过程逐步向模型中加入故障因素仿真故障发生过程，分别采集各稳定故障状态的监测参数以完成缓变故障发生过程和特定故障状态数据的收集；包括以下步骤：步骤S1：根据实际船舶柴油机参数设定船舶柴油机模型中的结构参数，建立实际可行柴油机的模型，调整模型的各种输入参数使得到的输出参数与实际柴油机相一致；所述柴油机模型包括涡轮增压器(1)、空冷器(2)、扫气箱(3)、气缸(4)和进排气系统五个部分，其中，涡轮增压器(1)包括增压器(1‑1)和涡轮器(1‑2)，进排气系统包括进排气口(5)、增压器后管道(6)、空冷器后管道(7)、进气歧管A(8)、排气歧管B(9)、排气总管(11)及接口(10)；外界空气由进排气口(5)进入增压器(1‑1)，经过增温增压后的空气经由增压器后管道(6)进入空冷器(2)，冷却后的空气经由空冷器后管道(7)进入扫气箱(3)实现蓄气蓄压；扫气箱(3)通过多个进气歧管A(8)与气缸(4)相连，按照气缸(4)内柴油燃烧顺序依次向气缸(4)内注入空气，进气歧管A(8)的个数与气缸(4)个数相同；气缸(4)内的废气经由排气歧管B(9)、接口(10)和排气总管(11)进入涡轮器(1‑2)，涡轮器(1‑2)将废气中剩余内能再次利用转换为机械能，最后废气经由进进排气口(5)排出外界；所述的单个气缸(4)一端通过进气歧管A(8)与扫气箱(3)连接，另一端通过排气歧管B(9)与接口(10)相连；进气歧管A(8)、排气歧管B(9)的个数均与气缸(4)个数相同。步骤S2：通过分析所需仿真故障的特性，确定故障因素加入方法、故障阈值及发生故障所需时间，所述的故障阈值和发生故障所需时间根据实际的船舶柴油机确定；对故障分析及故障因素加入的描述如下：对于涡轮增压器(1)故障包括增压器(1‑1)喘振、增压器(1‑1)效率下降和机械效率下降，仿真加入故障因素的方法如下：对于增压器(1‑1)喘振，逐渐减小进入增压器(1‑1)空气质量流量；对于增压器(1‑1)效率下降，在数据仿真过程中直接缓慢降低增压器(1‑1)效率；对于机械效率下降，在仿真故障数据时可以通过缓慢降低机械效率的方法实现；对于空冷器(2)冷却不足的故障，仿真加入故障因素的方法为：降低冷却介质质量流量、提升冷却介质温度和降低冷却效率；对于气缸(4)喷油量不足的故障，仿真加入故障因素的方法为：减小单个气缸内的喷油嘴直径或直接减小进入单个气缸的柴油质量；对于进排气系统排气管堵塞的故障，仿真加入故障因素的方法为：逐渐降低单个排气歧管B9的起始位置管道直径；步骤S3：根据步骤S2中确定的故障阈值和发生故障所需时间，确定维纳过程仿真故障因素所需参数值，并依此方法逐渐增加故障因素以仿真故障发生过程；所述的维纳过程仿真故障因素加入过程如公式(1)所示：其中，λi是第ti时刻的故障因素的增长系数，按照预先设定的故障发生时间期望值设定故障因素增长系数初值λi；η～N(0,Q)是增长系数的噪声；σ～N(0,P)是故障因素增长过程中的扩散系数，也即整个过程存在的波动系数，按照故障发生过程中可能存在的波动分别设定参数Q和P；xi为第i个状态的故障发生位置参数值；步骤S4：根据步骤S3中加入故障因素的方法仿真此时的系统工作状态，按照预先设定的采样规律和采样间隔采集该状态下稳定的监测参数；所述的监测参数包括功率、最大爆发压力、增压器(1‑1)出口温度、增压器(1‑1)出口压力、空气流经空冷器(2)前后温差、空气流经空冷器(2)前后压差、扫气温度、扫气压力、排气温度、排气压力、废气进涡轮器(1‑2)温度、废气出涡轮器(1‑2)温度或废气出涡轮器(1‑2)的质量流量；步骤S5：判断故障因素是否达到预定的故障阈值，未达到则重复进行步骤S3增加故障因素和步骤S4采集监测参数完成仿真故障数据采集过程；按照确定的维纳过程函数逐步增加系统中的故障因素直至到达预先设定的故障阈值，分别采集每个稳定故障状态的监测参数，即可将其组合为故障发生过程数据，也可以增加某个状态的采样次数获得特定故障状态监测参数。