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船舶柴油发电机组的模糊控制及其优化研究
| 论文题名： | 船舶柴油发电机组的模糊控制及其优化研究 |
| 关键词： | 船舶工程;柴油发电机组;模糊控制;优化设计 |
| 摘要： | 在现代船舶电站中，其电力来源最为常见的是柴油发电机组。随着柴油机技术的更新与进步，船舶的吨位越来越大以及船舶大功率负载的不断增多，对船舶电网的稳定性和电能质量的要求也逐渐提高。 为了使船舶柴油发电机组输出谐波小、端电压更稳定的三相交流电，需要对转速和励磁进行闭环控制。通常采用经典PID控制器，但经典PID算法需要被控对象的精确模型，且性能不够理想。而模糊控制器不需要其控制对象的数学模型，在具有非线性、强耦合的系统控制方面表现出了优良的性能。因此，本文结合模糊控制和经典PID控制，研究船舶柴油发电机组励磁系统的模糊PID控制与基于蚁群算法的控制器优化。 对船舶柴油发电机组的调速系统进行了分析，推导了其数学模型，并对数学模型进行了相应的简化处理。同时还重点分析了同步发电机的数学模型，将同步发电机的三相静止坐标系下的原始方程进行派克变换和简化，得到dq坐标系下的5阶电磁方程，与转子运动方程一起描述同步发电机的动态运动过程。在Matlab环境下建立相应的仿真模型，对柴油机的空载和带载起动、同步发电机突加、突减负载和带载起动进行了仿真研究，其结果表明在起动和加减载时系统的调节时间较长。 设计了同步发电机励磁系统的模糊PID控制器，该控制器由模糊控制器和PID控制器并联而成，模糊推理机的输入为船舶发电机端电压的偏差及变化率经模糊化处理后的模糊量。在Matlab环境下进行了仿真，仿真结果表明，发电机组的动态性能较单独采用经典PID控制器时有了较大改善，在加载和减载时系统的超调量和调节时间都满足《钢质海船入级规范》的要求。 由于模糊PID控制器的设计具有较强的主观性，且其隶属度函数对控制器的性能影响较大，因此以 ITAE指标函数最小为目标，采用蚁群算法对模糊控制器的隶属度函数进行了优化。从优化后的仿真结果可以看出，利用蚁群算法对船舶柴油发电机组励磁系统的控制器的隶属度函数进行优化后，柴油发电机组的端电压更加稳定，具有较好的静态和动态性能。 |
| 作者： | 欧阳松 |
| 专业： | 电力电子与电力传动 |
| 导师： | 苏义鑫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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