基于滑模理论的燃油粘温控制系统的研究

论文摘要

随着石油资源的日益短缺,船舶柴油机都开始以价格相对低廉的重油为燃料,而将其控制在合适的粘度是保证柴油机能正常燃烧的重要条件。所以本文燃油粘温控制系统的研究在全球大力倡导节能减排的背景下有重要而深远的意义。本文设计了结构合理的燃油粘度和温度控制系统,该系统由主蒸汽加热装置和电辅加热装置两部分组成,其工作原理是进行温度的程序控制,温度定值控制和粘度的定值控制。依据热力学和传热学的原理,本文分已知不确定上界、运动方程的目标跟踪和带迟延环节的二阶线性系统三种情况建立了温度控制系统的线性数学模型,求取了滑模运动方程,设计了控制器。同时,对燃油温度模型的PID控制算法和滑模变结构控制算法的MATLAB/Simulink仿真,验证了后者超调小、响应快和抗干扰能力强的优点。对于燃油粘度的控制,本文分线性系统和非线性系统两种情况进行了滑模变结构控制算法的研究,分别求取了滑模运动方程,设计了控制器。其中,线性系统包括相空间描述和一般状态空间描述；非线性系统分高阶常微分方程型、仿射型和简约型三种型式设计了基于输出方程的滑模变结构控制器。最后,本文分别对PLC和单片机型式的燃油粘温控制系统进行了探讨,并在粘温控制半仿真系统上进行了实验研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 线性和非线性控制理论
• 1.2 关于变结构控制的基本理论
• 1.2.1 滑模变结构控制基本原理
• 1.2.2 滑模变结构控制的特点
• 1.3 燃油粘温控制系统的研究现状
• 1.4 燃油粘温控制系统的控制策略
• 1.5 本文的研究背景
• 1.6 本文的主要工作
• 第2章 燃油粘温控制系统设计
• 2.1 我国运营船舶燃油粘温控制系统情况
• 2.2 燃油粘温控制设备的工作原理和过程
• 2.3 燃油粘温控制系统的设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 燃油温度滑模变结构控制
• 3.1 温度控制一阶线性模型的建立
• 3.1.1 一阶常微分方程型式数学模型
• 3.1.2 滑模变结构控制器求解
• 3.2 基于运动方程的滑模目标跟踪控制
• 3.2.1 李雅谱诺夫函数方法
• 3.2.2 趋近律方法
• 3.3 带迟延环节的滑模变结构控制
• 3.4 燃油温度控制系统的仿真
• 3.4.1 燃油温度PID控制的MATLAB仿真
• 3.4.2 燃油温度滑模控制的MATLAB仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 燃油粘度滑模变结构控制
• 4.1 燃油粘度控制数学模型的建立
• 4.2 线性粘度系统的滑模控制
• 4.2.1 相空间描述
• 4.2.2 一般状态空间描述
• 4.3 非线性输入输出系统的滑模变结构控制
• 4.3.1 高阶常微分方程型式
• 4.3.2 单输入仿射非线性系统型式
• 4.3.3 线性简约型非线性系统描述
• 4.4 本章小结
• 第5章 燃油粘温控制硬件系统设计
• 5.1 燃油粘温PLC控制系统
• 5.2 燃油粘温单片机控制系统
• 5.3 本章小结
• 第6章 燃油粘温控制系统实验研究
• 6.1 单片机粘温控制系统改造的意义
• 6.2 单片机控制系统的实验室研究
• 6.2.1 粘温控制半仿真系统结构
• 6.2.2 粘温控制半仿真系统基本功能
• 6.2.3 粘温控制半仿真系统运行步骤
• 6.2.4 粘温控制半仿真系统性能指标
• 6.2.5 粘温控制半仿真系统实验数据
• 6.3 本章小结
• 结论与展望
• 主要研究成果和创新点
• 后续研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢