本文關鍵詞：船舶柴油發(fā)電機組的模糊控制及其優(yōu)化研究

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【摘要】：在現代船舶電站中，其電力來源最為常見的是柴油發(fā)電機組。隨著柴油機技術的更新與進步，船舶的噸位越來越大以及船舶大功率負載的不斷增多，對船舶電網的穩(wěn)定性和電能質量的要求也逐漸提高。 為了使船舶柴油發(fā)電機組輸出諧波小、端電壓更穩(wěn)定的三相交流電，需要對轉速和勵磁進行閉環(huán)控制。通常采用經典PID控制器，但經典PID算法需要被控對象的精確模型，且性能不夠理想。而模糊控制器不需要其控制對象的數學模型，在具有非線性、強耦合的系統(tǒng)控制方面表現出了優(yōu)良的性能。因此，本文結合模糊控制和經典PID控制，研究船舶柴油發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)的模糊PID控制與基于蟻群算法的控制器優(yōu)化。 對船舶柴油發(fā)電機組的調速系統(tǒng)進行了分析，推導了其數學模型，并對數學模型進行了相應的簡化處理。同時還重點分析了同步發(fā)電機的數學模型，將同步發(fā)電機的三相靜止坐標系下的原始方程進行派克變換和簡化，得到dq坐標系下的5階電磁方程，與轉子運動方程一起描述同步發(fā)電機的動態(tài)運動過程。在Matlab環(huán)境下建立相應的仿真模型，對柴油機的空載和帶載起動、同步發(fā)電機突加、突減負載和帶載起動進行了仿真研究，其結果表明在起動和加減載時系統(tǒng)的調節(jié)時間較長。 設計了同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的模糊PID控制器，該控制器由模糊控制器和PID控制器并聯而成，模糊推理機的輸入為船舶發(fā)電機端電壓的偏差及變化率經模糊化處理后的模糊量。在Matlab環(huán)境下進行了仿真，仿真結果表明，發(fā)電機組的動態(tài)性能較單獨采用經典PID控制器時有了較大改善，在加載和減載時系統(tǒng)的超調量和調節(jié)時間都滿足《鋼質海船入級規(guī)范》的要求。 由于模糊PID控制器的設計具有較強的主觀性，且其隸屬度函數對控制器的性能影響較大，因此以ITAE指標函數最小為目標，采用蟻群算法對模糊控制器的隸屬度函數進行了優(yōu)化。從優(yōu)化后的仿真結果可以看出，利用蟻群算法對船舶柴油發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)的控制器的隸屬度函數進行優(yōu)化后，，柴油發(fā)電機組的端電壓更加穩(wěn)定，具有較好的靜態(tài)和動態(tài)性能。
【關鍵詞】：柴油發(fā)電機組 勵磁控制系統(tǒng) 模糊控制 蟻群算法 優(yōu)化
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U665.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 國內外研究現狀10-13
• 1.3 本文研究內容和章節(jié)安排13-15
• 1.3.1 主要內容13
• 1.3.2 章節(jié)安排13-15
• 第2章 船舶柴油發(fā)電機組的數學模型15-28
• 2.1 柴油機及調速系統(tǒng)的數學模型15-17
• 2.2 同步發(fā)電機的數學模型17-25
• 2.2.1 理想同步電機的數學模型18-22
• 2.2.2 同步發(fā)電機 7 階數學模型22-23
• 2.2.3 同步發(fā)電機參數的計算23-24
• 2.2.4 同步發(fā)電機實用模型小結24-25
• 2.3 勵磁系統(tǒng)的數學模型25-26
• 2.4 勵磁系統(tǒng)的控制算法26-27
• 2.5 本章小結27-28
• 第3章 船舶柴油發(fā)電機組的仿真分析28-40
• 3.1 船舶柴油發(fā)動機的仿真28-31
• 3.1.1 柴油機及調速系統(tǒng)模型29-30
• 3.1.2 柴油機起動特性仿真30-31
• 3.2 同步電機和勵磁系統(tǒng)的仿真模型31-33
• 3.2.1 同步電機的仿真模型31-32
• 3.2.2 勵磁系統(tǒng)的仿真模型32
• 3.2.3 轉速檢測的仿真模型32-33
• 3.3 經典 PID 控制器33-35
• 3.3.1 經典 PID 控制的基本原理33-34
• 3.3.2 經典 PID 控制器的特點34-35
• 3.3.3 經典 PID 控制器的設計35
• 3.4 船舶同步發(fā)電機組的仿真分析35-39
• 3.4.1 突加負載仿真分析36-38
• 3.4.2 帶載起動仿真分析38
• 3.4.3 突減負載仿真分析38-39
• 3.5 本章小結39-40
• 第4章 勵磁系統(tǒng)的模糊控制與基于蟻群算法的控制器優(yōu)化40-61
• 4.1 模糊控制的基本原理40-43
• 4.1.1 模糊控制器的結構40-41
• 4.1.2 模糊控制器的數學模型41-43
• 4.2 勵磁系統(tǒng)的模糊 PID 控制器43-48
• 4.2.1 模糊 PID 控制器設計44-46
• 4.2.2 模糊 PID 控制器仿真模型46-47
• 4.2.3 模糊 PID 控制器仿真分析47-48
• 4.3 蟻群算法優(yōu)化模糊控制48-56
• 4.3.1 蟻群算法的原理分析48-50
• 4.3.2 蟻群算法的數學模型50-51
• 4.3.3 連續(xù)域的蟻群算法優(yōu)化設計51-54
• 4.3.4 基于蟻群算法優(yōu)化模糊控制54-56
• 4.4 蟻群算法優(yōu)化模糊 PID 控制器的仿真分析56-60
• 4.4.1 蟻群算法優(yōu)化仿真56-58
• 4.4.2 仿真結果對比分析58-60
• 4.5 本章小結60-61
• 第5章 總結與展望61-63
• 5.1 全文總結61-62
• 5.2 研究展望62-63
• 致謝63-64
• 參考文獻64-66

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

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本文編號：922133