4.6本章小结...23

第五章基于PID控制与模糊控制的模型仿真.24

5.1基于MATLAB/Simulink柴油机的部分仿真模型.24

5.2基于PID控制的模型仿真结果28

5.3基于模糊自整定PID控制的模型仿真结果....28

5.4比较分析...30

5.5本章小结..30

结论.31

致谢.32

参考文献33
第一章 绪论1.1课题的目的和意义当今世界趋于和平发展，环境污染和能源危机不断加剧，由于全世界推行了IMO排放规则，科技的发展与进步导致了能源短缺，船舶行业亦需要节能与环保。由于目前船舶的主要动力驱动装置为柴油机，所以研究船舶柴油机的综合控制，使柴油机的排放，经济性能，动力更加优良，这对节能与环境有重大意义【1】。不同型号的船舶，其发动机的型号亦不尽相同，运行在不同的工况，所以要使其提高燃油效率，并排放污染最小，要达到这些目标非常困难。因此通过计算机软件的仿真与建模是研究柴油机系统性能，并对新兴技术发展进行评价的重要手段，此领域的主要内容是运用计算机软件建立稳态模型并进行仿真研究， 运用现代控制理论的先进控制技术对柴油机各个部分进行控制，从而使柴油机的运行满足性能优良，经济性和环境因素等诸多指标，保持良好的动态和稳定性能，提高燃油经济性并使排放污染最小。根据柴油机的负荷变化自动调节柴油机供油量，保证船舶柴油机拥有稳定的转速，从而保证柴油机具备良好的工作性能。但是对这些项目的优化非常困难，并且同一种型号的柴油机往往运行在不同型号的船舶上， 因此运行工况的不同导致柴油机各个部分的发挥亦不同。为了更详细的研究柴油机的各个部分的性能，比如迅速的负载变化，快速停车，海上强风，复杂的结构装置，诸多可控参数。现有的模型并不能满足柴油机建模仿真的诸多要求，因此改善与发展柴油机模型已成为一个重点课题。目前的船舶柴油机电子调速器分为模拟式与数字式， 两种形式的转速反馈控制均采用PID 控制方式，然而这种方式也有很大缺陷。当船舶柴油机出现比较明显的变增益非线性问题时，这种控制方式的控制性能将明显降低。而柴油机电子调速器进行调速时对于其各个参数的调整均不相同，因此应对传统 PID 的三个参数进行在线自整定。这时模糊控制理论的诞生恰好解决了这一问题，因此如何建立模糊控制逻辑系统已经成为建立模糊自整定PID 控制器的重点内容。
1.2 船舶柴油机仿真国内外发展概况及存在的问题仿真目前一致的定义为仿真就是利用时机系统的模型对该系统进行实验和研究。仿真具有经济性，安全性和预测性。20世纪60年代末,国外的舰船领域的研究开始应 用了计算机仿真技术，70年代取得重大突破，到了80年代，已经比较成熟的计算机仿真技术运用到了船舶行业的各个领域， 国外某海军在仿真技术刚刚兴起就注重了其在舰船动力装置研究方面的应用，在此之前海军因为没有此项技术而饱尝苦头源[自-优尔*`论/文'网·www.youerw.com/。1972年美国海军某舰的燃气轮机超速造成损毁， 两年后美国海岸警备队又发生了试航时调距桨桨叶折断的严重事故。为了避免上述重大事故的发生，在海军帮助下，研制了舰船推进系统动力学及其控制系统研究的发展纲要。20世纪70年代初，C.J.Rubis对一艘由带调距桨的柴燃联合动力装置驱动的单桨驱逐舰进行了加速工况和正车稳定工况动力特性的仿真研究，提出了螺距/转速的组合控制思想。20世纪80年代后期，A.Fowler则对采用柴燃联合动力装置的护卫舰进行了仿真专项研究，着重研究了柴油机带调距桨的机动工作过程，利用准稳态法建立出柴油机模型，得出了由起航到全速前进，全速前进到全速倒退，半速前进到全速前进三种情况下的仿真结果。进入20世纪90年代，舰船推进装置的计算机仿真研究取得更进一步的发展。1996年，日本神户海事大学的Lan 等人在Woodward 的基础上将船用柴油机模型用7个经验公式， 加上16个解析方程式来表示[2]。在这些解析方程与经验公式的基础上，设计出了一个新的柴油机电子调速器控制策略的方法。20世纪 80年代初，国内的船舶动力装置方面开始应用了计算机仿真技术，上海交大，海军论证中心，海军工程大学，哈工大，武汉理工等高校和研究单位都陆续从不同层面和方向开展研究工作。分别在船舶柴油机舰船动力装置及控制系统设计、机舱自动化等方面开展了计算机仿真技术的应用研究并取得了诸多显著的成果。 上海交大开始对舰船动力系统进行仿真研究初始于20 世纪 80 年代初，80 年代中期自行研制了第一台并行处理实时仿真机，全面改善了当时的计算机仿真工具，此仿真机基本可以满足一般动力装置仿真研究的要求。90 年代初期，上海船用柴油机研究所使用普通的柴油机特性资料建立了涡轮增压柴油机准稳态数学模型， 并且使用这个模型对一台型号为 MTU20V956 的柴油机带调距桨动力装置在无负荷控制和带负荷控制情况下进行混合及数字计算机仿真，结果表明使用准稳态模型进行仿真可以精度更高，速度更快。21 世纪初，上海交大、上海船舶运输科研所以及海军工程大学以某舰为研究对象，首次将数字控制系统及舰船动力装置结合在一起，进行舰船动力装置及控制的计算机半物理仿真研究。通过此仿真研究，得到了动力装置的动态特性以及动力装置控制系统的控制参数和合理控制策略。 现今计算机仿真技术在船舶动力装置方面应用的进展，对于我国新型船舶的优化设计、减少船舶动力装置以及控制系统实船的调试时间具备十分重要的作用[3]。存在的问题： 传统的 PID控制系统要想实时的进行其参数的在线整定是相当困难的，通常传统 PID调节器的参数整定方法是根据控制船舶实际参数，计算出Kp，Ki，Kd初值，然后对控制对象进行调试，修改上述参数，以达到控制的目的。这种方法调试困难，难以实现控制对象全工作域的最佳控制。