船舶柴油机转速控制仿真研究-硕士答辩

1、2009年6月24日答 辩 人：王斌斌船舶柴油机转速控制仿真研究船舶柴油机转速控制仿真研究1论文主要内容 1、课题背景及研究意义 2、柴油机模型 3、控制器设计 4、总结2课题背景及研究意义 柴油机是现代工业、交通运输业的主要动力装置，如何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。本课题依托海军预研项目，就柴油机的转速控制问题进行研究，分别设计了PID控制器、模糊PID控制器和神经网络PID控制器。并就各个控制器的控制效果以及优缺点进行了详细的分析。3柴油机转速闭环反馈控制系统原理图4柴油机模型柴油机本体排气管涡轮增压器压气机中冷器

2、扫气箱5柴油机工作原理图6柴油机模型Simulink仿真图动力学排气管透平扫气箱7PID控制器模糊PID控制器神经网络PID控制器控制器设计8 PID控制器的输出信号经负荷限制、扭矩限制等限制环节调节后得到调速器的输出。执行机构根据调速器输出的命令信号驱动油门杆调节柴油机高压油泵齿条位置，从而实现单缸循环供油量的调节。PID控制器9PID控制器仿真结果 kp=0.04 ki=0.02 kd=0.0110模糊PID控制器 自适应模糊PID控制器以误差e和误差变化ec作为输入，利用模糊控制规则在线对PID参数进行修改，便构成了自适应模糊PID控制器。其典型结构如图所示。 11模糊PID控制器的仿真

3、框图 图中：K(1)、K(2)为输入量化因子；K(3)为输出比例因子。控制器的核心是S-Function。12建立模糊推理系统，从而根据e和ec的变化得出合理的PID控制参数kp，ki，kd。模糊PID控制仿真步骤： 1、输入输出的隶属度函数确定 2、模糊控制规则的确定13FIS编辑器整体框图14偏差e和偏差变化ec的隶属度函数图：基本论域：-10,10隶属度函数:三角形语言值变量：负大、负中、负小零、正小、正中、正大15Kp,ki,kd的隶属度函数图：论域：0,6隶属度函数：高斯型语言值变量：负大、负中、负小、零、正小、正中、正大1617模糊规则编辑器：18模糊控制规则表：1920 将建立好

4、的模糊推理系统导出到工作空间，载入编写好的S-函数。然后对封装好的模块进行参数设置。参数设置对话框如下：21模糊PID控制器仿真结果22神经网络PID控制器BP神经网络PID控制器由两部分组成： 经典PID控制器 神经网络 通过神经网络的自学习、加权系数调整，使神经网络输出对应于某种最优控制律下的PID控制器参数。 23BP神经网络结构输出层加权系数调整：隐含层加权系数调整：24BP算法步骤(2) 采样得到r(k)和y(k),计算误差e(k)=r(k)-y(k); (1) 确定BP网络结构，此时k=1；(3) 计算神经网络NN各层神经元的输入、输出；(4) 计算PID控制器的参数kp,ki,k

5、d,并计算输出u(k); (5) 在线调整加权系数 和 ；(6) 置k=k+1,返回到(1)。25 神经网络PID控制器仿真框图如图所示,控制器的核心部分是Matlab Fcn，采用M-文件编写。神经网络PID控制器仿真框图26神经网络PID控制器仿真结果：xite=0.1 （学习速率）alfa=0.08 （惯性系数） In=3 (输入层)H=5 （隐含层）Out=3 （输出层） 27柴油机转速闭环反馈控制系统仿真整体框图28Matlab GUI仿真界面29仿真结果比较30仿真数据对比31仿真结果分析 从仿真曲线以及仿真数据对比中我们可以很明显的看出神经网络整定PID控制方式下的柴油机转速响应曲线是最好的，无论在超调