船舶柴油机建模及转速控制仿真研究

论文摘要

随着当今社会对柴油机排放要求的提高,在当前的柴油机研究中,对其实行电子控制已成为迫在眉睫的任务。电控柴油机能使柴油机工作在经济性、动力性和排放的最佳折衷点上,因此,柴油机的性能可得到最大的发挥。但电控系统的开发是一个庞大的系统工程,需要投入大量的人力、物力。利用数学模型和先进的软件对柴油机及其控制算法进行建模和仿真,这些无疑会对我们认识和掌握柴油机控制设计的一般方法、验证控制策略和优选控制参数起到非常重要的作用。本文首先根据涡轮增压柴油机各部分的工作原理,以MATLAB/SIMULlNK软件为平台,建立了一个柴油机平均值模型,为控制策略的设计与验证提供了一个良好的被控对象。然后对该模型中转速控制环节进行了传统的PID控制效果的研究;在分析了经典PID控制算法存在的问题的基础上,提出了将专家的控制经验,通过模糊控制方法运用在传统PID控制算法上,建立了智能的模糊自整定PID控制器,实现了PID控制参数的在线自整定。仿真结果显示,柴油机的控制效果得到了显著的提高,减少了超调、提高了响应速度。最后,建立一个简单实用的柴油机控制系统设计与仿真用户界面,通过简单的操作就可以设定控制器参数并进行仿真,从而认识和掌握柴油机各控制参数对控制效果的影响。本文的研究是开发实用的柴油机控制器的前期工作,更重要的是提出和实践了一种较为先进的设计思路,为进一步认识和掌握柴油机控制器的设计步骤,方便地进行控制器参数的优化,缩短其开发周期起到积极的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 柴油机数学模型的类型及发展状况
• 1.2.1 柴油机数学模型概述
• 1.2.2 柴油机非线性模型发展简史
• 1.3 柴油机电控调速系统的发展和应用概况
• 1.3.1 国内外柴油机电控调速系统的发展概况
• 1.3.2 调速器控制方法概述
• 1.4 本文的主要工作
• 1.5 小结
• 第2章 PID控制与模糊控制概述
• 2.1 PID原理
• 2.1.1 模拟PID控制器
• 2.1.2 数字PID控制器
• 2.2 模糊控制理论
• 2.2.1 模糊控制的发展
• 2.2.2 模糊控制的基本原理
• 2.2.3 模糊控制器的设计方法
• 2.3 小结
• 第3章 柴油机控制模型的建立
• 3.1 模型建立的主要理论依据和思路
• 3.2 模型的假定及组成
• 3.2.1 空气流量率
• 3.2.2 过量空气系数
• 3.2.3 指示热效率
• 3.2.4 平均指示扭矩及排温
• 3.2.5 摩擦损失及负荷
• 3.2.6 时滞因子与柴油机动力学
• 3.2.7 中冷器
• 3.2.8 进气管
• 3.2.9 排气管
• 3.2.10 涡轮增压器
• 3.2.11 调速机构
• 3.3 模型仿真
• 3.3.1 仿真结果及分析
• 3.4 建模存在的问题及分析
• 3.4.1 涡轮增压器特征曲线的改进
• 3.5 本章小结
• 第4章 模糊自整定PID控制算法研究
• 4.1 模糊自整定PID控制原理
• 4.2 模糊自整定PID控制器的设计
• 4.2.1 模糊整定控制器的结构设计
• 4.2.2 模糊整定控制器控制规则
• 4.2.3 模糊整定控制器中输入输出变量的隶属函数
• 4.2.4 控制仿真实现及结果分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 柴油机控制仿真系统用户界面的建立
• 5.1 用户界面建立的意义
• 5.2 用户界面的设计原则和一般步骤
• 5.2.1 设计原则
• 5.2.2 一般制作步骤
• 5.3 用户界面的建立
• 5.4 本章小结
• 第6章 全文总结及进一步工作展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历