船舶柴油机转速控制仿真研究

论文摘要

柴油机是目前工业、交通运输业等的主要动力装置,所以对柴油机进行综合控制,使柴油机运行在经济性、动力性以及排放的最佳折衷点上,无疑对节能和环保具有很大的意义。本文主要对柴油机转速控制问题进行研究,使柴油机的转速能够跟踪理想输入并运行在一个最优的状态。目前柴油机的转速控制主要采用的是PID控制,这种控制算法虽然设计简单,能够满足大多数被控系统的要求,但是对于具有非线性、时变等特点的柴油机转速控制系统而言,PID控制难以达到理想的控制效果。本文针对传统PID控制在控制过程中无法改变PID参数的缺点以及控制效果不够理想的情况,引入了模糊控制和神经网络控制思想,将二者有机结合,设计了模糊PID控制器和神经网络PID控制器,使PID控制器的三个参数κ_p,κ_i,κ_d能够根据被控系统的实际运行状态实时调整,从而改善被控系统的性能。在详细介绍模糊控制原理和人工神经网络原理的基础上,给出了模糊PID控制算法和神经网络PID控制算法的基本原理和设计步骤。本文以大型低速船用柴油机的平均值模型为研究对象,应用Matlab/Simulink仿真软件,对柴油机转速闭环反馈控制系统进行了大量的仿真试验,仿真结果表明与常规PID控制相比,模糊PID控制在超调量和调节时间方面都有了很大的改善。而神经网络PID控制则是达到了一个更加理想的控制效果,超调量几乎为零,调节时间较PID控制和模糊PID控制也很短。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 柴油机数字式电子调速器的发展概况
• 1.2.1 国外发展概况
• 1.2.2 国内发展概况
• 1.3 本章小结
• 第2章 控制算法研究
• 2.1 引言
• 2.2 PID控制理论
• 2.2.1 模拟PID控制器原理
• 2.2.2 数字PID控制器原理
• 2.3 模糊自适应PID控制算法
• 2.3.1 模糊控制的产生及其优缺点
• 2.3.2 模糊控制的基本原理
• 2.3.3 模糊控制器的设计
• 2.3.4 模糊自适应PID控制原理
• 2.4 神经网络整定PID控制算法
• 2.4.1 神经网络控制的发展
• 2.4.2 人工神经网络的基本原理
• 2.4.3 基于BP神经网络整定的PID控制算法
• 2.5 本章小结
• 第3章 柴油机模型
• 3.1 引言
• 3.2 柴油机的平均值模型
• 3.2.1 柴油机本体
• 3.2.2 扫气箱
• 3.2.3 中冷器
• 3.2.4 涡轮增压器
• 3.2.5 排气管
• 3.3 模型仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 柴油机转速Matlab仿真
• 4.1 柴油机转速闭环反馈控制系统
• 4.2 转速控制仿真及仿真结果
• 4.2.1 传统PID控制器仿真
• 4.2.2 模糊自适应整定PID控制器仿真
• 4.2.3 神经网络整定PID控制器仿真
• 4.3 仿真结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 仿真分析应用界面的设计
• 5.1 图形用户界面GUIDE简介
• 5.2 图形用户界面设计的原则和步骤
• 5.2.1 图形用户界面的设计原则
• 5.2.2 MATLAB/GUI的一般制作步骤
• 5.3 应用界面的建立
• 5.4 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 致谢