本科毕业论文（设计）--船舶柴油机冷却水系统的智能控制.docVIP

本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目： 船舶柴油机冷却水系统的智能控制 学习中心： 层 次： 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 2009 年 春 季 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 2011 年 3 月 15 日 内容摘要 本文针对传统控制系统不能快速、准确、稳定调节冷却水温度,提出了智能冷却水温度控制系统总体控制方案。内容摘要 I 引 言 1 1 船舶柴油机中央冷却水系统 1 1.1 高温冷却水系统热力学模型 3 1.2 高温淡水冷却器热力学模型 4 1.3 冷却水系统三通阀分配比例模型 4 2 系统结构组成及其工作原理 4 2.1 控制系统结构 4 2.2 控制系统Matlab仿真结果 5 2.3 系统硬件组成 6 2.3.1 测温电路 7 2.3.2 A/D转换电路 8 2.3.3 功率信号测量 9 2.3.4 膨胀水箱液位信号的测量 9 2.3.5 压力信号的测量 10 2.3.6 报警电路 8 2.3.7 AT89S51 10 2.3.8 三通阀门控制电路 10 2.3.9 海水泵控制电路 11 2.4 系统软件程序 11 2.4.1 主程序模块 12 2.4.2 中断程序模块 12 2.4.3 中值滤波程序模块 13 3 系统控制工作过程 13 4 结论 14 参考文献 15 引 言 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。如果柴油机冷却水的温度过高,这将会加快润滑油的老化,加速零件的磨损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。”方法，引入以船舶主柴油机输出功率作为反映缸套冷却水热负荷扰动信号的前馈控制，以减小缸套冷却水出口温度的动态偏差，并利用Matlab仿真进行了验证。仿真结果表明，这种控制方法比传统的控制方法具有更好的控制性能；2004年吴桂涛等人提出了船舶主柴油机缸套冷却水出口温度的智能控制，其将基于神经网络的模糊PID控制引入到缸套冷却水出口温度控制系统中，以实现对控制对象进行在线控制。仿真结果表明，基于神经网络的模糊PID自适应控制比传统的PID控制的控制性能更好而且前者具有适应控制环境变化的能力和自学习能力，当柴油机运行工况发生变化时仍具有很好的控制性能。还有针对船舶柴油机冷却水系统的时滞特性提出了Smith预估器与PID控制方法，并取得了较为理想的控制效果。总之，船舶柴油机冷却水温度控制系统应能够在柴油机功率突变时，在冷却水温度波动时快速、精准、以最小的超调量来调节冷却水的温度。 目前,船舶柴油机冷却系统以中央冷却水系统为主。 图1.1 中央冷却水系统简化图 低温冷却水回路的冷却水由淡水泵流出后经中央冷却器、三通阀、柴油机滑油冷却器、空气冷却器后流入高温淡水冷却器，冷却高温淡水。在滑油冷却器和空气冷却器的冷却水进口和出口处均装有温度传感器，并在中央冷却器的进口处装压力传感器，以实现监测冷却水温度和压力。低温冷却回路冷却原理同高温冷却水回路，也是通过三通阀调节冷却器的旁通水量，改变冷、热水的比例，达到调节水温的目的。低温淡水回路的功能主要是冷却柴油机的滑油冷却器和空气冷却器，同时用低温淡水冷却高温淡水冷却器。海水冷却部分的作用是通过海水泵从弦外引入海水，冷却中央冷却器。 高温冷却水系统热力学模型 船舶柴油机中央冷却水系统高温冷却水回路热力模型由缸套冷却热力数学模型和高温淡水冷却器热力数学模型两部分组成，根据热量平衡，在某一微元时间内有下列关系： 缸套冷却水及缸套热量变化＝该微元时间内气缸内燃气传递给冷却水的热量－该微元时间内系统通过热传递等传热方式传给环境的热量。 当环境温度为t0时，有下列关系式： （1） 当系统中各个参数稳定时，有 若考虑以各变量相对于其稳定状态的微元变化量为参数，设温度变化量 Δt=t-t稳定 ，则式（1）可变为： （2） 式（2）中：thi为柴油机缸套冷却水出口温度；tDi为柴油机缸套冷却水进水温度；CD = mwcw+mccc为冷却水和缸套热容；mw为冷却水质量