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船舶柴油发电机调速控制系统研究
黄辰烨
(200082上海交通大学自动化系上海)
摘要:针对在船舶柴油发电机组的控制中,发电机频率不能及时准确调整的问题。在传统的控制回路中增加前馈模糊控制器,
对柴油机的油门进行调节控制,稳定柴油机的转速,达到稳定频率的目的
关键词柴油发电机;调速控制器:模糊控制
1.船舶柴油发电机调速器简介
速装置测量柴油机的转速,反馈给PID
本文采用双输入单输出的二维模糊
目前,在船舶交流电力系统中,发控制器。根据给定的转速值进行比较,控制器。柴油发电机组在运行时,当负
电装置广泛采用柴油发电机,即柴油机并输出控制信号给到执行机构(油门阀),载发生变化,输出转矩与阻转矩会有差
驱动同步发电机为船舶进行供电。船舶通过调整油门阀齿条的阀位,控制柴油值,导致柴油机转速发生变化。同时,
交流电的质量是通过电压和频率的稳定机的给油量,以此来稳定柴油机的转速。发电机的输出功率也会发生变化。若假
性来反映的,频率的稳定是取决于原动
用传统PID控制器取代机械式的离定发电机电压由励磁系统保持电压始终
机的调速系统。由于船舶电力系统容量心式调速器,可以减少由于柴油机机组稳定,则有功功率的变化取决于发电机
相对较小,诸如船舶侧推器、机船大粟机理带来的干扰,能精确的控制柴油机输出电流的有功分量的变化。在负载变
等大型用电设备起停时,都会使船舶电的油门大小,提高柴油使用效率。再加化时,电流的变化是响应最快的。因此
力系统负载发生显著变化。随着船舶交入前馈控制器,使得控制效果更为准确,本文以发电机输出电流的有功分量及其
流电力系统负载的变化,根据功率守恒,大大增加了调速器的响应速度叫
变化量作为模糊控制器的输入,第一时
发电机输出的有功功率也要发生相应地
2.2控制系统的原理
间响应负载变化所引起的转速变化。通
变化,这个过程是个电磁变化过程,而
前馈控制又称扰动补偿,它与反馈过模糊控制器,不经过传统PID控制器,
且非常迅速。因此,柴油机的转速控制控制原理完全不同,是按照引起被控对早一步控制柴油的油门阀齿条的位移,
在船舶电力系统中极为重要。
象参数变化的干扰大小进行调节。在这使得发电机组的输出转矩等于阻转矩,
柴油机调速装置的作用是通过改变种调节系统中要直接测量负载干扰的变达到稳定柴油机转速的控制目标。在模
油量调节机构,将柴油机的转速调节到化,当干扰刚刚出现并能被测出时,调糊控制器中建立模糊控制规则,使用
规定的转速范围,并且根据柴油机负载节器就能发出调节信号使调节量做相应if..and..then.语句编辑模糊控制规
的大小自动调节供油量,使其转速维持的变化,使两者在被调量发生偏差之前则。为了便于说明,在本文中,发电机
在一规定范围。《钢制海船入级与建抵消。因此,前馈调节对干扰的克服比输出电流指的有功电流,即模糊前馈控
造规范(2006)》第3篇的9.7.3.1条反馈调节更为及时。对于整个柴油发制器的输入变量选择发电机输出电流i
规定,带发动机的原动机(包括柴油机电机组来说,它是一个惯性系统,由于及其变化量i。执行机构旋转角度对应
和汽轮机)必须装有调速器,其调速特机组存在热力学、机械、电磁等过程的了油门阀齿条的位移,所以模糊控制器
性应符合下列规定:当突然卸去额定负特性,机组表现出较大的滞后性,导致的输出信号w选择油门阀齿条的位移
载时,其瞬时调速率不大于额定转速的当功率不平衡已经出现时,转速不能突如图所示是二维模糊前馈控制器的结构
0%,稳定调速率不大于额定转速的5%,变,转速反馈控制器的偏差信号不能立原理图。
即频率的变化率不大于5%,稳定时间(即即产生,经过一定的延时,速度变化足
转速恢复到规定的波动率范围的时间)够大时,控制器才会根据系统偏差给出
不超过5s。
较大的控制量。很显然,在发电机组转
模糊前馈控制器
2.带前僵模糊控制系统的组成和控速控制中,单纯的转速反馈控制对负载
制原理
的扰动不够灵敏,有着明显的滞后性,图2二维模糊前馈控制器的结构原理图
2.1控制系统的组成
这就使得系统动态偏差不能及时减小,
假设发电机输出电流最大为Iw
系统主要由前馈模糊控制器、PID控延长了系统的整个动态调整时间。所以,则输入变量i的基本论域为[0,1as]。
制器、执行器、柴油机(原动机)和测在柴油发电机调速控制系统中加入前馈另一输出变量ic的基本论域为[-1u
速反馈装置组成。如图1所示。
控制器,能更好的响应负载变化所引起Iwx]。其中i=i-i,ic为本次采集值
传统的柴油发电机调速系统是由测的功率不平衡,稳定柴油机转速。
与前次采集值之差。输出变量w的基本
论域为[L,L],L为油门阀的位移量
前馈模糊控制器
将输入变量i及ic进行模糊化,并
定义其隶属度。如表1、图3、4所示
表1输入变量i及ic的模糊子集
PID控制器
执行器
柴油机
发电机
变量i
语言值
M
B
含义
小
中
大
变量
测速反馈装置
语言值 FB FMFS0Z2wzB
图1柴油发电机带前馈模糊控制器的控制原理框图
含义负?负中负小安正小正中正?
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