船舶柴油机冷却水系统温度控制器的设计

摘要

本文以大连海事大学实习船——“育鲲”轮的主柴油机冷却水系统为控制对象，进行船舶柴油机冷却水温度控制器的设计。首先，本文基于热力学及传热学的相关理论，通过对柴油机缸套换热和柴油机缸套水冷却器换热的热力分析，建立了船舶柴油机冷却水系统的热力数学模型。其次，在MATLAB/Simulink仿真环境下对船舶柴油机冷却水系统的热力数学模型进行仿真实验及相关测试，与实船数据对比验证关键数据及系统特征，证明该船舶柴油机冷却水系统的热力数学模型的可靠性。
　　本文在完成该船舶柴油机冷却水系统的热力数学模型验证之后，针对船舶柴油机冷却水系统非线性、大惯性及长时滞的特点提出相应的船舶柴油机冷却水温度控制解决方案。该船舶柴油机冷却水温度控制解决方案利用了离线/在线遗传算法进行船舶柴油机冷却水温度自适应PID控制器的设计，并在MATLAB/Simulink仿真环境下对基于离线/在线遗传算法进行船舶柴油机冷却水温度自适应PID控制器进行控制仿真实验，得到了理想的控制效果。
　　最后，在Xcode编程环境进行船舶柴油机冷却水温度控制系统的可视化编程。在船舶柴油机冷却水温度控制系统的可视化编程过程中使用了面向对象的Objective-c语言来为各个模块创建相应的子类。并且在船舶柴油机冷却水温度控制系统的可视化编程过程中对各子类进行封装，利用委托代理、协议等通讯方式实现船舶柴油机冷却水温度控制系统的各个模块之间的数据交换。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 柴油机冷却水温度控制研究现状

1．2．2 先进PID控制器研究的新进展

1．3 本文的研究目标和内容

1．4 本文的章节安排

第2章 船舶柴油机冷却水系统的热力数学模型

2．1 柴油机缸套换热模型

2．2 冷却器出口三通阀混流模型

2．3 冷却水系统中冷却器的热计算

2．3．1 热交换器热计算的基本方程式

2．3．2 船舶柴油机缸套水冷却器热计算方法的选择

2．3．3 传热有效度-传热单元数法(ε-NTU法)

2．4 本章小结

第3章 基于Simulink的船舶柴油机冷却水系统仿真

3．1 Simulink中仿真模型的建立

3．2 仿真结果分析

3．2．1 额定主柴油机功率下的仿真结果

3．2．2 主柴油机功率突变的仿真结果

3．2．3 三通阀开度突变的仿真结果

3．3 由阶跃响应确定传递函数

3．3．1 仿真模型中阶跃响应曲线的获取

3．3．2 由阶跃曲线辨识传递函数的计算方法

3．3．3 冷却水系统传递函数特性参数的计算

3．4 系统时滞环节估计

3．5 本章小结

第4章 基于Ziegler-Nichols响应曲线法的常规PID控制器的设计

4．1 Ziegler-Nichols响应曲线法介绍

4．2 基于Ziegler-Nichols的常规数字PID控制设计

4．2．1 被控对象为经验数学模型时

4．2．2 被控对象为机理仿真模型时

4．3 本章小结

第5章 基于遗传算法的PID控制器的设计

5．1 遗传算法简介

5．1．1 遗传算法的求解流程

5．1．2 遗传算法的一般结构

5．2 基于遗传算法的PID控制器设计简介

5．2．1 基于遗传算法的PID控制器的优点

5．2．2 基于遗传算法的PID控制器的设计原理

5．3 基于离线遗传算法进行PID控制器的设计

5．3．1 二进制编码遗传算法的初始设计

5．3．2 基于离线遗传算法的PID控制器的设计

5．3．3 基于离线遗传算法的PID控制器设计的总结

5．4 基于自适应在线遗传算法整定的PID控制器的设计

5．4．1 基于自适应在线遗传算法的PID控制器的原理

5．4．2 自适应在线遗传算法的初始设计

5．4．3 基于自适应在线遗传算法的PID控制器应用于经验模型

5．4．4 基于自适应在线遗传算法的PID控制器应用于机理模型

5．5 本章小结

第6章 可视化程序的实现

6．1 船舶柴油机冷却水系统模块的可视化实现

6．2 基于离线遗传算法的PID控制器设计模块的可视化实现

6．3 基于自适应遗传算法的PID控制器模块的可视化实现

6．4 柴油机功率输入模块的可视化实现

6．5 程序操作模块的可视化实现

6．6 集成后的可视化程序

6．7 本章小结

结论

参考文献

致谢

研究生履历