基于Fuzzy-PID的船舶柴油机嵌入式电子调速器研究

摘要

柴油机作为一种原动力机构，在船舶工业中得到广泛的应用。随着微电子技术的发展和船舶机舱自动化技术水平的不断提高，柴油机电子控制技术逐渐受到关注。电子控制技术在提高船舶自动化水平和有效改善柴油机排放性能方面的优势毋庸置疑，电子调速技术是柴油机电控系统的核心，我国目前船舶柴油机电子调速技术仍然落后国外，开发和研究电子调速技术具有十分重大的意义。由于微处理器性能的不断提升和嵌入式系统的快速发展，采用微处理芯片搭载嵌入式操作系统，运用模糊智能控制策略，实现柴油机的全工况优化控制成为提高柴油机电子调速性能的有效途径之一。
　　 本文首先在研究柴油机电子调速器国内外发展现状的基础上，建立用于控制分析的船舶柴油机平均值模型；其次针对船舶柴油机时变性和负载突变性等特点，为适应不同工况和不同外界环境，对柴油机转速控制策略进行研究，采用基于变论域思想的模糊PID控制，对柴油机电子调速器PID参数在线实时自整定，并进行了策略可行性仿真验证；然后将嵌入式Linux实时操作系统移植到以S3C2410微处理器上，通过对电子调速器的工作特点分析，设计了满足调速功能的任务线程，并采用Linux多线性同步和信号中断技术，使之具有更高的实时性、可靠性和开放性。
　　 同时，基于iFIX软件开发了上位机监控平台，实现了控制参数在线修改和柴油机主要运行状态参数实时监测。将设计的嵌入式电子调速器联入搭建的柴油机子系统半实物实时平台进行软硬件验证实验，结果证明调速器的CAN通信效果良好，大大提升了船舶机舱自动化可靠性和实时性；自适应模糊PID控制策略提升系统在全工况下的控制质量；调速器的主要功能和可靠性达到预期目标。