本文關(guān)鍵詞：船舶柴油發(fā)電機(jī)組的模糊控制及其優(yōu)化研究

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【摘要】：在現(xiàn)代船舶電站中，其電力來(lái)源最為常見(jiàn)的是柴油發(fā)電機(jī)組。隨著柴油機(jī)技術(shù)的更新與進(jìn)步，船舶的噸位越來(lái)越大以及船舶大功率負(fù)載的不斷增多，對(duì)船舶電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量的要求也逐漸提高。 為了使船舶柴油發(fā)電機(jī)組輸出諧波小、端電壓更穩(wěn)定的三相交流電，需要對(duì)轉(zhuǎn)速和勵(lì)磁進(jìn)行閉環(huán)控制。通常采用經(jīng)典PID控制器，但經(jīng)典PID算法需要被控對(duì)象的精確模型，且性能不夠理想。而模糊控制器不需要其控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，在具有非線性、強(qiáng)耦合的系統(tǒng)控制方面表現(xiàn)出了優(yōu)良的性能。因此，本文結(jié)合模糊控制和經(jīng)典PID控制，研究船舶柴油發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的模糊PID控制與基于蟻群算法的控制器優(yōu)化。 對(duì)船舶柴油發(fā)電機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了分析，推導(dǎo)了其數(shù)學(xué)模型，并對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了相應(yīng)的簡(jiǎn)化處理。同時(shí)還重點(diǎn)分析了同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，將同步發(fā)電機(jī)的三相靜止坐標(biāo)系下的原始方程進(jìn)行派克變換和簡(jiǎn)化，得到dq坐標(biāo)系下的5階電磁方程，與轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程一起描述同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。在Matlab環(huán)境下建立相應(yīng)的仿真模型，對(duì)柴油機(jī)的空載和帶載起動(dòng)、同步發(fā)電機(jī)突加、突減負(fù)載和帶載起動(dòng)進(jìn)行了仿真研究，其結(jié)果表明在起動(dòng)和加減載時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)。 設(shè)計(jì)了同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的模糊PID控制器，該控制器由模糊控制器和PID控制器并聯(lián)而成，模糊推理機(jī)的輸入為船舶發(fā)電機(jī)端電壓的偏差及變化率經(jīng)模糊化處理后的模糊量。在Matlab環(huán)境下進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明，發(fā)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)性能較單獨(dú)采用經(jīng)典PID控制器時(shí)有了較大改善，在加載和減載時(shí)系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間都滿足《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》的要求。 由于模糊PID控制器的設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的主觀性，且其隸屬度函數(shù)對(duì)控制器的性能影響較大，因此以ITAE指標(biāo)函數(shù)最小為目標(biāo)，采用蟻群算法對(duì)模糊控制器的隸屬度函數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。從優(yōu)化后的仿真結(jié)果可以看出，利用蟻群算法對(duì)船舶柴油發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的控制器的隸屬度函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，，柴油發(fā)電機(jī)組的端電壓更加穩(wěn)定，具有較好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。
【關(guān)鍵詞】：柴油發(fā)電機(jī)組 勵(lì)磁控制系統(tǒng) 模糊控制 蟻群算法 優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U665.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排13-15
• 1.3.1 主要內(nèi)容13
• 1.3.2 章節(jié)安排13-15
• 第2章 船舶柴油發(fā)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型15-28
• 2.1 柴油機(jī)及調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型15-17
• 2.2 同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型17-25
• 2.2.1 理想同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型18-22
• 2.2.2 同步發(fā)電機(jī) 7 階數(shù)學(xué)模型22-23
• 2.2.3 同步發(fā)電機(jī)參數(shù)的計(jì)算23-24
• 2.2.4 同步發(fā)電機(jī)實(shí)用模型小結(jié)24-25
• 2.3 勵(lì)磁系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型25-26
• 2.4 勵(lì)磁系統(tǒng)的控制算法26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第3章 船舶柴油發(fā)電機(jī)組的仿真分析28-40
• 3.1 船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的仿真28-31
• 3.1.1 柴油機(jī)及調(diào)速系統(tǒng)模型29-30
• 3.1.2 柴油機(jī)起動(dòng)特性仿真30-31
• 3.2 同步電機(jī)和勵(lì)磁系統(tǒng)的仿真模型31-33
• 3.2.1 同步電機(jī)的仿真模型31-32
• 3.2.2 勵(lì)磁系統(tǒng)的仿真模型32
• 3.2.3 轉(zhuǎn)速檢測(cè)的仿真模型32-33
• 3.3 經(jīng)典 PID 控制器33-35
• 3.3.1 經(jīng)典 PID 控制的基本原理33-34
• 3.3.2 經(jīng)典 PID 控制器的特點(diǎn)34-35
• 3.3.3 經(jīng)典 PID 控制器的設(shè)計(jì)35
• 3.4 船舶同步發(fā)電機(jī)組的仿真分析35-39
• 3.4.1 突加負(fù)載仿真分析36-38
• 3.4.2 帶載起動(dòng)仿真分析38
• 3.4.3 突減負(fù)載仿真分析38-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第4章 勵(lì)磁系統(tǒng)的模糊控制與基于蟻群算法的控制器優(yōu)化40-61
• 4.1 模糊控制的基本原理40-43
• 4.1.1 模糊控制器的結(jié)構(gòu)40-41
• 4.1.2 模糊控制器的數(shù)學(xué)模型41-43
• 4.2 勵(lì)磁系統(tǒng)的模糊 PID 控制器43-48
• 4.2.1 模糊 PID 控制器設(shè)計(jì)44-46
• 4.2.2 模糊 PID 控制器仿真模型46-47
• 4.2.3 模糊 PID 控制器仿真分析47-48
• 4.3 蟻群算法優(yōu)化模糊控制48-56
• 4.3.1 蟻群算法的原理分析48-50
• 4.3.2 蟻群算法的數(shù)學(xué)模型50-51
• 4.3.3 連續(xù)域的蟻群算法優(yōu)化設(shè)計(jì)51-54
• 4.3.4 基于蟻群算法優(yōu)化模糊控制54-56
• 4.4 蟻群算法優(yōu)化模糊 PID 控制器的仿真分析56-60
• 4.4.1 蟻群算法優(yōu)化仿真56-58
• 4.4.2 仿真結(jié)果對(duì)比分析58-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 第5章 總結(jié)與展望61-63
• 5.1 全文總結(jié)61-62
• 5.2 研究展望62-63
• 致謝63-64
• 參考文獻(xiàn)64-66

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：922133