改进蚁群算法在船舶锅炉蒸汽压力控制系统中的应用研究

论文摘要

船舶锅炉蒸汽压力控制系统是船舶蒸汽动力装置控制系统的主要环节。一个性能良好的船舶锅炉蒸汽压力控制系统能使锅炉的蒸汽压力控制在允许范围内,为船舶航行提供充足稳定的动力,节省燃料。但是,在船舶锅炉蒸汽压力控制系统中,传统PID控制器控制效果的好坏完全取决于其参数的整定,传统整定方法或依赖于对象模型,或易于陷入局部极小,因此存在一定的应用局限性。蚁群算法作为一种智能优化算法,不需要被控对象的先验知识,对初值要求不高,能够很好的解决复杂性问题,已经应用到许多实际的优化问题中。然而,目前,蚁群算法中还存在易出现停滞现象、搜索时间长、对寻优解空间搜索不够等缺点。针对蚁群算法进化速度慢、容易出现停滞现象、容易陷入局部最优等缺点,本文提出了一种基于自适应信息素挥发因子、决策变量高斯变异和决策变量边界自调整三种改进策略的混合改进蚁群算法。将其应用于函数优化中,仿真结果表明混合改进蚁群算法相较于基本蚁群算法提高了寻优精度,加快了寻优速度,提高了收敛率。在上述混合改进蚁群算法的基础上,引入混沌理论,提出了一种混沌改进蚁群算法。将其应用于函数优化中,仿真结果表明改进的蚁群算法能很好的克服蚁群算法对寻优解空间遍历性不足的缺点,相较于上述混合蚁群算法具有更高的寻优精度,更高的收敛率,寻优性能大大改进。本文在对船舶锅炉蒸汽压力控制系统作了概述,介绍了锅炉燃烧系统的主要任务的基础上,通过机理建模的方法,并考虑在负荷变化的情况下建立了船舶锅炉蒸汽压力控制系统的数学模型,将上述混合改进蚁群算法和混沌改进蚁群算法分别应用于船舶锅炉蒸汽压力控制系统的PID控制器参数优化中,并进行了仿真对比。仿真结果表明,本文所设计的基于混沌改进蚁群算法的PID控制器相较于传统PID控制器、基本蚁群算法和混合改进蚁群算法设计的船舶锅炉蒸汽压力控制系统的PID控制器,具有更好的动态性能和稳态性能,理论分析和系统仿真都验证了本文提出的混沌改进蚁群算法的优越性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 船舶锅炉蒸汽压力控制系统的研究现状
• 1.2.2 蚁群算法的研究现状
• 1.3 论文主要内容和结构安排
• 第2章 蚁群算法的机理研究
• 2.1 蚁群算法概述
• 2.2 蚁群算法的特征
• 2.2.1 系统特征
• 2.2.2 分布式特征
• 2.2.3 自组织特征
• 2.2.4 正反馈特征
• 2.3 基本蚁群算法原理及实现
• 2.3.1 基本蚁群算法原理
• 2.3.2 基本蚁群算法的实现步骤及流程图
• 2.4 蚁群算法存在的主要问题
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于混合改进蚁群算法的函数优化问题研究
• 3.1 基于蚁群算法的连续函数优化原理
• 3.2 混合改进蚁群算法原理
• 3.2.1 基于自适应信息素挥发因子的蚁群算法改进
• 3.2.2 基于决策变量高斯变异的蚁群算法改进
• 3.2.3 基于决策变量边界自调整的蚁群算法改进
• 3.3 混合改进蚁群算法在函数优化中的仿真与分析
• 3.3.1 五个基准测试函数
• 3.3.2 混合改进蚁群算法的仿真与分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于混沌改进蚁群算法的函数优化问题研究
• 4.1 混沌理论简介
• 4.2 混沌优化策略
• 4.3 基于混沌优化策略的改进蚁群算法原理
• 4.4 混沌改进蚁群算法仿真与分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 船舶锅炉蒸汽压力控制系统的数学建模
• 5.1 船舶锅炉蒸汽压力控制系统概述
• 5.2 船舶锅炉燃烧系统的主要调节任务
• 5.3 船舶锅炉蒸汽压力控制系统的模型推导
• 5.4 锅炉蒸汽压力控制系统模型
• 5.5 本章小结
• 第6章 基于改进蚁群算法的船舶锅炉蒸汽压力PID控制
• 6.1 PID控制原理
• 6.2 基于Z-N法的船舶锅炉蒸汽压力控制系统PID控制器设计
• 6.3 基于改进蚁群算法的PID控制器参数优化设计
• 6.3.1 蚁群算法在PID控制器参数优化设计应用中的问题
• 6.3.2 基于改进蚁群算法的PID控制器参数优化设计步骤及程序流程图
• 6.4 基于改进蚁群算法的船舶锅炉蒸汽压力系统PID控制仿真
• 6.5 本章小结
• 结论
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 参考文献
• 致谢