主机冷却水温度控制系统的神经网络PID控制研究

论文题目: 主机冷却水温度控制系统的神经网络PID控制研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 控制理论与控制工程

作者: 董昌春

导师: 徐善林

关键词: 主机冷却水温度控制系统,控制,神经网络控制,仿真

文献来源: 上海海事大学

发表年度: 2005

论文摘要: 主机冷却水温度控制系统是船舶机舱过程控制系统的重要组成部分，目前船舶机舱中的主机冷却水温度控制系统大多采用常规PID控制，但是由于冷却水温度控制系统是一个回路闭环系统，具有非线性、时变性、大迟延等特点，传统的PID在某些情况下难以达到理想的控制效果。而先进控制技术在理论上已趋成熟，以及计算机软件技术的迅速发展，使之具备了取代常规控制的条件。为了提高船舶的管理水平，降低运营成本，提高船舶运营的安全性、可靠性和经济性，在真正意义上实现机舱综合自动化，有必要对先进控制技术在机舱过程控制中的应用进行探索、研究和开拓。 本文以实际的冷却水温度自动控制系统作为机舱过程控制的典型范例，运用工控机来仿真控制对象的模型，联同船用自动化仪表一起构成相应的半实物仿真系统，可获得大型复杂控制过程的实际系统的相似控制效果，并可进行实际系统中难以实现的检测与控制仪表、控制对象等系统参数的随即改变与修正，任意扰动的施加。半实物仿真控制系统具有操作直观、组态灵活和使用方便的特点。通过计算机的软、硬件结合，可容易地插入各种控制算法，取代常规PID控制器，实现多种先进控制模式。 本文分析了冷却水温度控制系统的数学模型，并在Simulink中建立了系统动态仿真模型。然后研究了冷却水温度控制系统的先进PID控制技术，首次将神经网络PID控制(包括单神经元PID自适应控制和基于小脑模型神经网络与PID的复合控制)引入其中。利用MATLAB软件仿真了该系统的神经网络PID控制，对遇到的问题进行了分析并提供了解决方法。然后对各种控制模式进行系统性能评价，结果表明神经网络PID控制算法有很好的控制效果。 此外，本文对冷却水温度控制系统国内外的现状与发展进行了探讨，指出软硬件仿真的发展前景，并结合先进PID控制算法，指出了系统仿真进一步研究要做的主要工作，展望了先进PID控制算法在冷却水温度控制系统中应用的前景。

论文目录:

第1章 绪论

1.1 课题的背景和意义

1.2 国内外研究水平及动态

1.2.1 船舶机舱自动化的发展

1.2.2 PID控制器的发展

1.3 计算机仿真技术的发展

1.4 本论文的主要研究任务

第2章 主机冷却水温度控制系统数学模型

2.1 系统组成及介绍

2.2 系统原理

2.3 系统数学模型的建立

2.3.1 冷却器的特性分析

2.3.2 主机冷却水温度控制系统主要部分数学模型的建立

2.4 系统的SIMULINK仿真模型

第3章 主机冷却水温度的数字PID控制仿真

3.1 PID控制原理

3.2 增量式PID控制算法

3.3 PID控制器参数的选择

3.3.1 试凑法确定PID控制参数

3.3.2 试验经验法确定PID参数

3.4 系统的数字PID控制仿真及结果

第4章 主机冷却水温度的神经网络PID控制仿真

4.1 基于单神经元网络的PID智能控制

4.1.1 单神经元模型

4.1.2 单神经元自适应PID控制器及其学习算法

4.1.3 以Pe~2(k+d)+QΔu~2(k)为性能指标的单神经元PID控制器

4.1.4 单神经元自适应PID控制器学习算法可调参数的选取规律

4.1.5 系统的单神经元自适应PID控制仿真结果

4.2 基于CMAC(小脑模型神经网络)与PID的复合控制

4.2.1 CMAC概述

4.2.2 CMAC与PID复合控制算法

4.2.3 系统的CMAC与PID复合控制的SIMULINK仿真

4.3 冷却器控制通道数学模型改变时系统的SIMULINK仿真

4.4 小结

第5章 神经网络PID控制器的联机实现

5.1 M函数与VC++的转换

5.1.1 CMAC与PID复合控制器的M函数

5.1.2 CMAC与PID复合控制器的VC++编程

5.2 系统的硬件设计

5.3 系统的联机运行与调试

第6章 结论与展望

致谢

攻读学位期间公开发表的论文

参考文献

发布时间: 2007-01-16

参考文献

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