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船舶柴油机冷却水温度控制系统的研究与设计

作　者: 张立文
导　师: 赵殿礼
学　校: 大连海事大学
专　业: 轮机工程
关键词: 船舶柴油机 冷却水温度 模糊控制 Matlab仿真 PLC
分类号: U664.121
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


作为主推进动力装置的船舶柴油机具有大惯性、多变量、多输出、运行工况复杂的特点,其工作状况好坏直接影响船舶与人身安全以及船舶经营利润。船舶柴油机冷却水的温度是影响柴油机工作的重要热工参数,精确控制冷却水的温度,对于提高柴油机的动力性、减少废气的产生、减少燃料消耗量等方面都有着重要的意义。柴油机冷却水的温度过高,会加快润滑油的老化,加速零件的磨损；柴油机冷却水温度过低(30℃以下),燃气中的酸根与水结合成酸类物质,使气缸的磨损增加。冷却水温控制的好坏直接影响柴油机的工作状态。然而由于冷却水本身的热传递过程以及系统的管路延迟使冷却水的温度变化具有了长时滞大惯性的特点,加之船舶柴油机工作状况的复杂性,给船舶柴油机温度的调节带来了很大难度,冷却水温度经常超调。论文针对船舶柴油机冷却水温度大惯性、长时滞、易超调的特点,在深入研究船舶柴油机高温冷却水系统热力学模型与温度控制系统模型的基础上。基于前馈控制理论利用MATLAB仿真软件设计了两款前馈模糊控制器,并对控制效果进行了仿真对比试验。结果表明引入前馈模糊控制环节以后系统的控制速度与抗扰动能力显著提高。为了提高船舶柴油机冷却水温度控制系统的可靠性以及控制效果的快速性与准确性,本文设计了一套基于PLC S7-200的新型船舶柴油机冷却水温度控制系统,系统具有前馈模糊控制功能,有自动与手动运行两种工作模式,拥有人机界面,具有高低温报警、系统相关参数的设定及修改等功能。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 研究背景  9-11
  1.2 本文研究的内容及意义  11-13
第2章 船舶柴油机冷却水温度控制系统模型的研究  13-23
  2.1 船舶柴油机高温冷却水系统的热力学模型的研究  13-18
    2.1.1 模型的实例验证与仿真结果分析  16-18
  2.2 船舶柴油机冷却水温度控制系统PID参数的研究  18-23
    2.2.1 控制系统PID参数整定方法  20-21
    2.2.2 基于响应曲线法的PID控制器参数整定与控制效果仿真  21-23
第3章 基于MATLAB的船舶柴油机冷却水温度前馈模糊控制器的设计  23-38
  3.1 前馈模糊控制  23-24
    3.1.1 模糊控制原理  23-24
  3.2 基于Matlab的前馈模糊控制器的研究与仿真  24-38
    3.2.1 Matlab中的模糊控制工具箱  24-25
    3.2.2 前馈模糊控制环节输入变量的选定  25-26
    3.2.3 以排烟温度为前馈信号的二维模糊控制器的设计  26-33
    3.2.4 以油门拉杆位移为前馈信号的一维模糊控制器的设计  33-38
第4章 船舶柴油机冷却水温度控制系统设计  38-53
  4.1 系统的控制任务及设计方案  38-39
  4.2 PLC控制器  39-41
    4.2.1 模拟量扩展模块  40
    4.2.2 利用PLC实现PID控制  40-41
  4.3 执行器环节  41-46
    4.3.1 永磁低速同步伺服电机  41-43
    4.3.2 基于增量式脉冲编码器的电动机转轴位置检测  43-45
    4.3.3 附属部件  45-46
  4.4 温度检测环节  46-51
    4.4.1 热电偶式温度传感器  47-48
    4.4.2 热电阻式温度传感器  48-51
  4.5 基于油门拉杆位移的前馈信号的采集  51
  4.6 液位检测环节  51-52
  4.7 海水流量调节环节  52-53
第5章 基于S7-200的控制系统硬件与软件实现  53-65
  5.1 控制系统I/O点及地址分配  54-55
  5.2 控制系统PLC相关模块的选择  55-56
  5.3 控制系统硬件电路设计  56-57
  5.4 控制系统软件设计  57-59
    5.4.1 系统控制流程图  57-59
    5.4.2 基于STEP7-Micro/WIN V4.0的软件编程  59
  5.5 控制系统的人机界面  59-65
    5.5.1 触摸屏硬件  60
    5.5.2 触摸屏界面设计  60-63
    5.5.3 触摸屏与S7-200之间的通信  63-65
第6章 结论与展望  65-66
参考文献  66-70
附录 程序清单  70-74
攻读学位期间公开发表论文  74-75
致谢  75-76
研究生履历  76-77

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 船舶机械 > 船舶动力装置 > 内燃机动力装置 > 柴油机
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