基于隐式GPC-PID控制策略的舰船蒸汽动力系统性能仿真

摘要

蒸汽动力系统是大型舰船动力系统主要形式，其系统特性决定了舰船的技术性能，舰船蒸汽动力系统具有负荷调整频繁、幅值变化大的特性，为研究不同控制控制策略下的舰船蒸汽动力系统的性能，本文对不同主汽压力控制策略下的蒸汽动力系统进行仿真研究。
　　本文分析了舰船蒸汽动力系统特性，利用机理分析的建模方法，建立了舰船蒸汽动力系统的增压锅炉、涡轮增压机组、主汽轮机等设备的数学仿真模型，最终集成舰船蒸汽动力系统仿真模拟平台，通过与稳态和动态试验数据对比，验证蒸汽动力系统仿真平台能够满足动态仿性能仿真的需求；针对舰船蒸汽动力系统主汽压力控制具有非线性、滞后性等特点，采用隐式 GPC-PID的主汽压力组合控制策略，以改善主汽压力调节响应特性，解决主汽压力控制滞后性问题，使主汽压力能快速的达到稳定的状态。
　　研究结果表明，隐式 GPC-PID的主汽压力控制策略：在一工况和五工况转换过程中，升负荷时主汽压力稳定时间由7.8min缩短到6.3min，主汽压力超调量由0.061降低到0.044，降负荷时主汽压力稳定时间由8min缩短到7.2min，主汽压力超调量由0.061降低到0.053；一工况和三工况转换过程中，升负荷时主汽压力稳定时间由5.86min缩短到4.87min，主汽压力超调量由0.0240降低到0.0186，降负荷时主汽压力稳定时间由7.61min缩短到7.23min，主汽压力超调量由0.025降低到0.017。
　　对 GPC-PID控制方法适用性验证结果表明：逐级升负荷试验过程中主汽压力在15min内稳定，主汽压力在1.014和0.982内波动，波动幅度在±1.8％之内；逐级降负荷试验过程中，主汽压力13min内稳定，主汽压力在1.013和0.991内波动，波动幅度在±1.3%之内。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2.1 舰船动力系统发展

1.2.2 舰船蒸汽动力系统的研究现状

1.2.3 蒸汽动力系统控制的研究现状

1.3 研究目的及主要研究内容

第2章 蒸汽动力系统数学模型

2.1 蒸汽动力系统设备数学模型

2.1.1 增压锅炉本体数学模型

2.1.2 涡轮增压机组数学模型

2.1.3 主汽轮机数学模型

2.1.4 凝给水系统数学模型

2.1.5 推进系统数学模型

2.2.1 广义预测控制

2.2.2 广义预测控制隐式算法

2.2.3 隐式GPC-PID复合控制

2.3本章小结

第3章 蒸汽动力系统仿真模型及验证

3.1.1 增压锅炉仿真模型

3.1.2 涡轮增压机组仿真模型

3.1.3 主汽轮机仿真模型

3.1.4 凝给水系统仿真模型

3.1.5 推进系统仿真模型

3.1.6主汽压力控制模块仿真模型

3.2蒸汽动力系统仿真模型校验

3.2.1 蒸汽动力系统稳态工况校验

3.2.2 蒸汽动力系统动态工况校验

3.3 本章小结

第4章 隐式GPC-PID控制下蒸汽动力系统性能仿真

4.1 不同控制策略下蒸汽动力系统特性

4.1.1 一工况与五工况转换

4.1.2 一工况与三工况转换

4.1.3 三工况和五工况转换

4.2基于隐式GPC-PID控制下蒸汽动力系统特性仿真研究

4.2.1 逐级升负荷工况

4.2.2 逐级降负荷工况

4.2.3 倒车至正车转换

4.2.4 正车至倒车转换

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢