大连海事大学毕业论文
专业班级：
姓名：王逸飞
指导教师：张跃文
继续教育学院
船舶柴油机冷却水系统的智能控制
内容摘要
本文针对传统的船舶柴油机冷却水PID控制系统不能快速、准确、稳定地调节冷却水温度的问题,提出了智能冷却水温度控制系统总体控制方案和具体方法。在建立船舶柴油机中央冷却系统高温淡水（缸套冷却水）冷却回路的动态热力学模型的基础上，又将柴油机功率模糊控制信号引入到高温冷却水温度控制系统中。通过预先调节三通阀的开度，达到降低冷却水温度动态偏差，快速调节冷却水温度的目的。应用Matlab软件对系统的仿真结果表明，基于功率信号模糊预调节与水温Smith+PID调节的智能控制方法，明显优于常规PID控制方法。在实际应用中实现了对船舶柴油机冷却水的智能精确控制，减少了油耗，延长了发动机的使用寿命。
关键词：智能温度控制；功率信号；精度高；响应快
ABSTRACT
The system cannot fast, accurate, and stable control of cooling water temperature control machine cooling water of PID marine diesel engine the traditional, proposed intelligent cooling water temperature control system overallcontrol plan and specific method. In the establishment of the central cooling system of ship diesel engine (high temperature water jacket cooling water) dynamically basedon the thermodynamic model of the cooling circuit, and the power of the diesel engine fuzzy control signal into high temperature of cooling water temperature control system.Through the opening of the regulating valve in advance, to reduce the temperature of the cooling water dynamic deviation, rapid adjusting cooling water temperature in the.The system simulation results show that the power signalusing Matlab software, the fuzzy intelligent control methodand preconditioned regulating water temperature based on Smith+PID, is superior to the conventional PID control method. In the practical application to realize accurate control of the intelligent marine diesel engine cooling water,reduce oil consumption, prolong the service life of the engine.
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船舶柴油机冷却水系统的智能控制
目录
内容摘要 ..................................................................................................................................I 引言 . (1)
1 船舶柴油机中央冷却水系统 (1)
1.1 高温冷却水系统热力学模型 (3)
1.2 高温淡水冷却器热力学模型 (4)
1.3 冷却水系统三通阀分配比例模型 (4)
2 系统结构组成及其工作原理 (4)
2.1 控制系统结构 (4)
2.2 控制系统Matlab仿真结果 (5)
2.3 系统硬件组成 (6)
2.3.1 测温电路 (7)
2.3.2 A/D转换电路 (8)
2.3.3 功率信号测量 (9)
2.3.4 膨胀水箱液位信号的测量 (9)
2.3.5 压力信号的测量 (10)
2.3.6 报警电路 (8)
2.3.7 AT89S51 (10)
2.3.8 三通阀门控制电路 (10)
2.3.9 海水泵控制电路 (11)
2.4 系统软件程序 (11)
2.4.1 主程序模块 (12)
2.4.2 中断程序模块 (12)
2.4.3 中值滤波程序模块 (13)
3 系统控制工作过程 (13)
4 结论 (14)
参考文献 (15)
II
船舶柴油机冷却水系统的智能控制
引言
船舶柴油机冷却水的温度是影响柴油机工作的重要热工参数。如果冷却水温度过低，燃气中酸根与水结合，生成酸类物质，使气缸的磨损增加；如果柴油机冷却水的温度过高,这将会加快润滑油的老化,加速零件的磨损，缸套冷却水的温度控制的好坏直接影响柴油机的工作状态。船舶柴油机冷却水系统对柴油机缸套的合理冷却，将减轻缸套的磨损，精确的温度控制会有效地控制柴油机缸套的低温腐蚀、高温腐蚀并减小热应力。保持柴油机冷却水的温度在最佳的温度范围内,对于提高柴油机的动力性、减少废气的产生、减少燃料消耗量、增强柴油机工作平稳性等方面都有着重要的意义。
国内外关于船舶柴油机冷却水温度控制系统的研究主要集中在冷却水温度的控制方法上。2002年，杜玉恒提出了“船用柴油机冷却水温度的模糊控制”方法，但模糊控制在精确控制水温时效果不太理想；2003年，“主机缸套冷却水出口温度控制方法”及“基于功率的缸套冷却水出口温度控制系统的研究”其针对缸套冷却水“惯性大，缸套冷却水出口温度经常超调”的特点，提出了在现有的传统PID 反馈控制的基础上，采用“前馈”方法，引入以船舶主柴油机输出功率作为反映缸套冷却水热负荷扰动信号的前馈控制，以减小缸套冷却水出口温度的动态偏差，并利用Matlab仿真进行了验证。仿真结果表明，这种控制方法比传统的控制方法具有更好的控制性能；2004年吴桂涛等人提出了船舶主柴油机缸套冷却水出口温度的智能控制，其将基于神经网络的模糊PID控制引入到缸套冷却水出口温度控制系统中，以实现对控制对象进行在线控制。仿真结果表明，基于神经网络的模糊PID自适应控制比传统的PID控制的控制性能更好而且前者具有适应控制环境变化的能力和自学习能力，当柴油机运行工况发生变化时仍具有很好的控制性能。还有针对船舶柴油机冷却水系统的时滞特性提出了Smith预估器与PID控制方法，并取得了较为理想的控制效果。总之，船舶柴油机冷却水温度控制系统应能够在柴油机功率突变时，在冷却水温度波动时快速、精准、以最小的超调量来调节冷却水的温度。
目前,船舶柴油机冷却系统以中央冷却水系统为主。由于冷却水流经一定长度的管路，需要一定的时间，同时控制信号的执行部件，如电动机、三通阀门等都使得系统具有较大的时滞性和非线性特性。传统船舶柴油机冷却水温度控制系统的PID控制方法控制效果不佳，在实际控制系统中不能实现快速、稳定的调节船
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