改进蚁群算法在船舶锅炉蒸汽压力控制系统中的应用研究

摘要

船舶锅炉蒸汽压力控制系统是船舶蒸汽动力装置控制系统的主要环节。一个性能良好的船舶锅炉蒸汽压力控制系统能使锅炉的蒸汽压力控制在允许范围内,为船舶航行提供充足稳定的动力,节省燃料。但是,在船舶锅炉蒸汽压力控制系统中,传统PID控制器控制效果的好坏完全取决于其参数的整定,传统整定方法或依赖于对象模型,或易于陷入局部极小,因此存在一定的应用局限性。蚁群算法作为一种智能优化算法,不需要被控对象的先验知识,对初值要求不高,能够很好的解决复杂性问题,已经应用到许多实际的优化问题中。然而,目前,蚁群算法中还存在易出现停滞现象、搜索时间长、对寻优解空间搜索不够等缺点。
　　 针对蚁群算法进化速度慢、容易出现停滞现象、容易陷入局部最优等缺点,本文提出了一种基于自适应信息素挥发因子、决策变量高斯变异和决策变量边界自调整三种改进策略的混合改进蚁群算法。将其应用于函数优化中,仿真结果表明混合改进蚁群算法相较于基本蚁群算法提高了寻优精度,加快了寻优速度,提高了收敛率。在上述混合改进蚁群算法的基础上,引入混沌理论,提出了一种混沌改进蚁群算法。将其应用于函数优化中,仿真结果表明改进的蚁群算法能很好的克服蚁群算法对寻优解空间遍历性不足的缺点,相较于上述混合蚁群算法具有更高的寻优精度,更高的收敛率,寻优性能大大改进。
　　 本文在对船舶锅炉蒸汽压力控制系统作了概述,介绍了锅炉燃烧系统的主要任务的基础上,通过机理建模的方法,并考虑在负荷变化的情况下建立了船舶锅炉蒸汽压力控制系统的数学模型,将上述混合改进蚁群算法和混沌改进蚁群算法分别应用于船舶锅炉蒸汽压力控制系统的PID控制器参数优化中,并进行了仿真对比。仿真结果表明,本文所设计的基于混沌改进蚁群算法的PID控制器相较于传统PID控制器、基本蚁群算法和混合改进蚁群算法设计的船舶锅炉蒸汽压力控制系统的PID控制器,具有更好的动态性能和稳态性能,理论分析和系统仿真都验证了本文提出的混沌改进蚁群算法的优越性。