船舶柴油机缸套冷却水温度模糊PID自适应控制及仿真.pdf

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1、·32·造船技术2010年第2期(总第294期)船舶柴油机缸套冷却水温度模糊PID自适应控制及仿真徐红明，姚建飞(浙江交通职业技术学院，杭州311112)提要介绍了船舶柴油机缸套冷却水温度模糊PID自适应控制器设计方法，并在Matlab的Simulink环境下对控制系统进行仿真，模糊自适应PID控制器将传统PID控制经验的优点和模糊控制的灵活性、自适应性相结合，系统输出响应的过渡过程平稳、系统的超调量小、过渡时间短，具有良好的动、静态性能。关键词船舰工程缸套冷却水模糊控制仿真中图分类号U662文献标识码A1引言船舶柴油机缸套冷却水温度是机舱一个重要的

2、热工参数，精确控制冷却水温度，可以有效地控制柴油机缸套的低温腐蚀、高温腐蚀并减少热应力，提高柴油机的动力性能。主机缸套冷却水温度控制系统是一个具有大惯性、纯滞后和时变性特点的复杂非线性系统，传统的PID控制算法在某一特定条件下整定完成，其算法简单、鲁棒性好及可靠性高，适用于可建立精确数学模型的确定性系统。但在船舶运行工况发生变化时，常规PID控制器参数往往整定不良、性能欠佳，容易导致较大的超调量和较长的调节时间，影响系统的控制品质，且不具备在线调整参数的功能，致使其控制效果受到限制。文中提出的主机缸套冷却水温度模糊自调节PID参数控制系统，可满足冷却

3、水温度在不同偏差及其变化率时在线调整参数k。，kt，ka的功能，基于MATLAB的仿真结果表明，与常规PID控制系统相比，模糊PID自适应控制能使系统的动态特性和静态特性得以改善，可获得更好的控制精度和控制性能。2船舶柴油机缸套冷却水温度模糊PID自适应控制系统2．1模糊PID自适应控制系统结构Ⅲ基金项目：浙江省教育厅科研项目(项目编号：Y200804126)作者简介：徐红明(1978一)，男，讲师。针对PID控制器参数整定不易的局限，运用模糊数学的基本理论和方法，把规则的条件、操作用模糊集表示；把模糊控制规则及有关信息作为知识存人知识库中；根据控制

4、系统的实际响应情况，运用模糊推理，自动实现对PID参数的最佳整定。船舶柴油机缸套冷却水温度模糊PID自适应控制使用的是一个两输入(P，ec)三输出(△K。、AKi、△Ka)的模糊控制器，以误差e和误差变化率ec作为模糊控制器的输入，根据不同时刻的e和ec对PID参数进行自整定，参数自整定模糊PID控制器的系统结构如图1所示。图1参数自整定模糊PID控制器系统结构参数自整定模糊PID控制系统主要由两部分组成，一是参数可变的PID调节器，二是模糊推理系统，在线修正PID参数，计算公式如下K，一K。7+△K，Ki—Ki’+,SKiKd—Kd7+△Kd式中：

5、K。7、K。7、K。7为原先整定好的PID参数，而模糊控制器的3个输出zXK。、z2tKi、△Kd，可根据被控对象的状态自动调整PID控制器3个控制参数的取值。其设计思想是，先找出PID的3个参数与偏差e和偏差变化率ec之间的模糊关系，在运行中通过不断检测e和ec，再根据模糊控制原理对3个参数进行在线整定，通过常规PID控制器获得新的K。、K；、K。后，对控制对象输出相应的控制，使被控对象具有良好的动态、静态特性。2．2参数模糊整定原理模糊PID控制器的工作原理是运用模糊数学的基本原理和方法，将操作人员的调整经验和技术知徐红明，等：船舶柴油机缸套冷却

6、水温度模糊PID自适应控制及仿真·33·识总结成为IF(条件)THEN(结果)形式的模糊规则，并把这些模糊规则及相关信息(如PID参数的初始值)作为知识存入计算机的知识库中。根据缸套冷却水系统的实际响应情况，计算出采样时刻的偏差P和偏差变化率Pf，输入控制器，运用模糊推理，进行模糊运算，实时调整PID参数。使PID控制器适应被控对象的变化，即得到该时刻PID控制器的三个参数K。、Ki、K。的值。实现对PID参数的最佳调整，根据实际经验，比例系数K。、积分系数Ki和微分系数K。在不同的e和ec下的自调整需要满足如下原则∽]。(1)当偏差较大时，为加快系

7、统的响应速度，K。应取较大，同时为避免由于开始时偏差的瞬时变大可能出现的微分过饱和而使控制作用超出许可的范围，应取较小的K。，为防止系统响应出现较大的超调，产生积分饱和，应对积分作用加以限制，通常取Ki=0，去掉积分作用。(2)当偏差和偏差变化率处于中等大小时，为使系统响应具有较小的超调，K。应取小一些，Ki的取值要适当，这种情况K。的取值对系统响应的影响较大，取值要大小适中，以保证系统响应速度。(3)当偏差较小即接近于设定值时，为使系统有良好的稳态性能，应增加K。和Ki的取值，同时为避免系统在设定值附近出现振荡，并考虑系统的抗干扰性能，Ka取值是相

8、当重要的。一般是当偏差变化率较小时，K。可取大一些；当偏差变化率较大时，K。应取小一些。(4)偏差变化率的大