1、毕业设计开题报告 电气工程及其自动化 船舶柴油机自动调速系统设计与仿真 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 自 1860 年，莱诺伊尔发明第一台大气压力式内燃机以来，人类历史上动力设备的发展就开始了崭新的篇章。内燃机给人类的生产、生活带来了非凡的便利，也给人类社会的发展提供了不同反响的动力。到了 1897 年，内燃机的发展上了一个新的台阶，德国工程师鲁道夫迪塞尔发明了有史以来的第一台柴油机，在一个多世纪的发展过程中，柴油机技术先后出现了三次质的飞跃：第一次是在 20 世纪20 年代用机械式喷油系统代替了 蓄压式喷油系统；第二次是在 20 世纪 50 年代发展起来的增压技术；第三
2、次则是从 20 世纪 70 年代以来一直蓬勃发展的柴油机电子控制技术。在这三次飞跃中，以电子控制技术的发展影响最大、意义最深远 。 能源短缺、环保问题、微电子技术和控制理论的发展及其对自动化水平要求，推动了柴油机电控技术，特别是以微机为核心的数字式电子控制技术的发展。现代控制理论、自适应控制、自学习系统等的进展使电子调速器的研究具备了调节精度高、结构简单、易实现自动化等优点，是今后调速器的主要发展方向。科学技术的发展和社会要求的日益提高，使得机械式调速 器和液压式调速器必将被电子式调速器所替代。越来越多的科研工作者集结于电子调速器的研究领域，为柴油机电子调速器的迅猛发展推波助澜。 目前，国外主
3、要有两种柴油机调速控制算法的研究，一种是对传统 PID 控制算法的改进，如将模糊控制、自适应控制理论引进对 PID 参数的整定，动稳态模式分离、分段 PID 控制等等；另一种是对先进算法的研究应用，如自适应控制、神经网络算法、预测控制等。但实际应用的还只有经典 PID 控制，模糊 PID 和自适应控制，其他的智能算法还未实际应用到工程中。 国外对于柴油机仿真系统的开发研究也给予了很大重视 。由于系统仿真的设备简单，操作方便，而且可以考核电子调速器与多种发动机的匹配性能，因此很快被国外众多电子调速器生产公司采用，并研制出各自的仿真试验装哈尔滨工程大学硕士学位论文置。颇具代表性的有美国 WOODW
4、ARD 公司 AK6 型电子调速器试验装置，日本 NABCO 公司的数字式电子调速器试验装置，德国的 Isermann 等人开发出的基于神经网络的增压柴油机模型的 HIL 仿真系统用于柴油机的控制系统设计与调试等。 我国由于电控系统开发的时间相对比较晚。八十年代初，成都仪表厂于引进德国 HEINZMANN 公司生产许可证开始了 柴油机电子调速器的发展。因此技术水平相对于世界水平还存在一定的差距。但是在部分研究内容上 (如控制算法等 )达到或接近了国外的水平。上世纪 80 年代末，交通部上海船舶运输科学研究所研制成功了中国第一台 PD-1 型电子调速器，其功能和性能指标基本上达到了德国同类型的产
5、品水平。在数字式电子调速器方面，从九十年代开始，国内许多科研院所相继开展了这方面研究工作。哈尔滨工程大学研制出一种基于 8088CPU 用于中高速柴油电站的数字式电子调速器。目前，清华大学己经将嵌入式实时操作系统应用于汽车电子控制中，并自主研制出基于 OSEK/VDX 标准的 Power OSEK 嵌入式操作系统。清华大学、上海交通大学、天津大学等国内高校都在柴油机高压共轨式控制系统方面进行了研究并取得了一定的成果。哈尔滨工程大学研制出的电液调速器、模拟式电子调速器、数字式电子调速器等都是国内领先产品。例如自主研发的 DK 100 型、 DT082 型电子调速器等，在国内已经得到了广泛的应用。
6、 由此可见，我们有必要对柴油机的电子自动调速系统作一番全面的研究，深入了解学习新一代调速系统的工作原理及其工作特点，对今后柴油机调速系统的发展有一定的积极意义。 二、研究的基本内容，拟解 决的主要问题： 研究的基本内容： 1. 柴油机的模型 建立 2. PID 控制 技术研究 3. 模糊控制 技术研究 4. 自动调速系统 的设计 及仿真分析 拟解决的问题： 1. 熟悉船舶柴油机的结构及其工作原理 2. 建立合适的柴油机数学模型 3. 在对自动控制理论的研究基础上，运用仿真软件建立仿真模型进行仿真 4. 在仿真图上进行分析控制器的效果 三、研究步骤、方法及措施： 步骤及方法： 1. 了解 国内外
7、船舶柴油机调速器的发展历史。 2. 熟悉船舶柴油机的结构及工作原理，建立合适的数学模型。 3. 研究 PID控制技术。 4. 研究模糊控制技术 。 5. 设计仿真模型 6. 进行仿真研究 对比得出结论。 措施： 图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。 四、参考文献 1 张晓华 控制系统数字仿真与 CADM北京：机械工业出版社， 2005 2 刘金琨先进 PID 控制 MATLAB 仿真 M北京：电子工业出版社， 2004 3 薛定宇，陈阳泉基于 Matlab/Simulink 的系统仿真技术与应用 M北京：清华大 学出版社， 2002 4 胡寿松自动控制原理 M第四版北京：科学出版社， 2001 5 新民，王燕芳微型计算机控制技术 M北京：高等教育出版社， 2001 6 刘有才，刘增良模糊专家系统原理与设计 M北京：北京航空航天大学出版社，1995 7 顾宏中内燃机工作过程数值计算 M上海：上海交通大学出版社， 2002 8 庄一凡船舶发电柴油机电子调速系统建模与仿真 D集美大学， 2010
