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船舶真火模拟训练控制系统的研究
| 论文题名： | 船舶真火模拟训练控制系统的研究 |
| 关键词： | 船舶火灾;消防训练;火灾模拟;控制系统;遗传算法 |
| 摘要： | 船舶火灾事故与损失呈逐年上升趋势，各种类型船舶火灾、爆炸事故频发，造成了大量的财产损失与人员伤亡。由于船舶消防事故是小概率事件，单纯依靠在实际的消防事故中取得的经验是有限的，传统消防训练机构的训练环境与船舶火灾训练环境差异很大。国内的消防训练系统多采用传统方式，使用真实的燃料如油、柴火等生成消防训练环境，具有污染大，可控性差等不利因素。国外的消防机构根据消防训练的特点，使用燃气作为燃料，配合训练道具和场景的布置来模拟火灾场景，但是并没有针对船舶火灾事故开展消防训练系统的研究。因此，有必要建立一套能逼真地模拟船舶真实火灾环境的消防训练系统。 首先，本文以船舶机舱油池火为研究对象，采用火灾动力学分析软件FDS，建立了船舶机舱油池火物理模型，对船舶机舱火灾发展过程进行了研究。根据FDS仿真结果，分析了火源功率、风机流量、舱室体积和消防水对舱室火灾的影响，分别建立了相应的多项式数学模型，为设计消防训练系统、分析船舶火灾危害程度提供了理论基础。 其次，针对船舶火灾安全评估，构建了多组火灾场景，以FDS仿真结果为训练样本，采用遗传算法优化支持向量机参数(GA-SVM)理论，建立了船舶火灾的安全评估模型。为了验证本文模型的准确性，分别探讨了支持向量机（SVM）模型和 BP神经网络模型对船舶机舱火灾温度的预测效果，仿真结果表明， GA-SVM模型具有较好的泛化能力和预测效果，为船舶火灾温度间接计算及预测提出了一种新方法。 然后，针对船舶火灾消防训练，采用多项式对以 FDS的仿真结果进行数据拟合，建立了多项式燃烧数学模型和灭火数学模型，在理想条件下（一定的风机流量、忽略消防水损失等因素），实验结果表明这两种模型可以满足某些特定条件的消防训练需要，但存在一定的局限性。鉴于此，提出了基于火场氧气浓度、火盆温度、环境温度以及火源功率的灭火有效性标准，构建了多组火灾场景，验证了这种消防训练灭火有效性标准的准确性。最后以FDS仿真结果，采用GA-SVM模型，建立了不同维数的灭火模型，仿真结果证明，二维灭火模型不但可以缩短模型运行时间，而且可以满足消防训练的精度需求，为消防控制系统设计提供了依据。 最后，根据训练系统要求，分别对训练控制系统和监控系统的总体架构进行了设计。采用STEP7-Micro/WIN SMART编程软件对自检、点火、燃烧和灭火等控制程序进行了设计。采用力控ForceControl7.0对训练监控、曲线分析、事件记录和系统设置等功能界面进行了设计。采用OPC技术实现力控与MATLAB之间的信息交互，解决了训练模型控制算法实现的问题。 |
| 作者： | 张茜 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 李彦 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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