船舶动力装置机炉协调控制技术研究

论文摘要

船用动力装置通常采用“炉跟机”的运行方式,即锅炉的热功率是随着汽轮机负荷的变化而变化。由于锅炉系统的大延迟,大惯性等问题,使得在快速的汽轮机控制回路和相对较慢的锅炉控制回路之间很难达到快速的能量平衡。因此锅炉与汽轮机在运行过程中,特别是变工况过程中,两者的协调控制显得尤为重要。本文正是在这一背景下对船用锅炉与汽轮机的动态特性进行了仿真研究工作。提出了适用于船用增压锅炉与汽轮机组的数学模型。利用相关设计数据,分别对锅炉与汽轮机的增、降负荷过程以及倒车等运行工况进行了动态仿真,文中给出了重要参数的动态仿真结果,在此基础上分析了仿真结果的动态趋势。进行了基于神经网络的解耦控制研究。针对机炉协调控制系统被控对象强耦合的特点,将神经网络引入控制系统的设计中。提出了一种基于PID神经网络解耦算法,该算法结合了基于神经网络的参数自适应PID控制算法和分散解耦算法,用来实现对被控对象的解耦控制。将该算法用于机炉协调控制系统的设计中。设计了直接能量平衡协调控制系统和基于PID神经网络解耦的协调控制系统。分别在两种控制系统的作用下,对船舶的加、减速过程进行了动态仿真。通过对仿真结果进行比较,表明了基于神经网络解耦的协调控制系统具有较好的控制效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的背景
• 1.3 协调控制系统的发展与现状
• 1.4 神经网络控制的发展与现状
• 1.5 论文的工作
• 第2章 锅炉-汽轮机组动态数学模型
• 2.1 模型组成
• 2.2 船用增压锅炉模型
• 2.2.1 船用增压锅炉结构
• 2.2.2 蒸发区的集总参数模型
• 2.2.3 单相集总参数对象动力学模型
• 2.3 船用双缸凝汽式汽轮机模型
• 2.3.1 基础模型
• 2.3.2 热力系统模型
• 2.3.3 推进系统模型
• 2.4 动态过程仿真
• 2.4.1 锅炉供给燃料量扰动下系统的动态特性
• 2.4.2 汽轮机阀门开度扰动下的动态特性
• 2.4.3 倒车工况
• 2.5 本章小结
• 第3章 机炉协调控制方法研究
• 3.1 协调控制系统基本概念
• 3.2 协调控制系统的分类
• 3.2.1 按照系统反馈回路性质的分类
• 3.2.2 按前馈信号的性质进行分类
• 3.3 船舶动力装置协调控制系统
• 3.4 动态过程仿真
• 3.4.1 降负荷过程
• 3.4.2 升负荷过程
• 3.5 小结
• 第4章 神经网络自适应与分散解耦控制技术
• 4.1 人工神经网络的结构
• 4.2 BP网络的结构以及算法分析
• 4.2.1 BP网络的结构
• 4.2.2 BP网络算法分析
• 4.3 基于神经网络的参数自适应 PID控制算法
• 4.4 分散式神经网络解耦
• 4.4.1 分散解耦器结构
• 4.4.2 分散解耦器训练算法
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于神经网络解耦的协调控制
• 5.1 基于 PID神经网络解耦的协调控制算法
• 5.2 动态过程仿真
• 5.2.1 降负荷过程
• 5.2.2 升负荷过程
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢