船舶動(dòng)力系統(tǒng)智能控制

◎張志峰

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船舶動(dòng)力系統(tǒng)智能控制

◎張志峰

船舶動(dòng)力系統(tǒng)在船舶中的作用就相當(dāng)于心臟對(duì)人的作用，主要是決定船舶能否正常工作，當(dāng)前船舶動(dòng)力系統(tǒng)存在較多的不確定性因素，這就客觀上加大船舶動(dòng)力智能系統(tǒng)的控制難度。本文先介紹當(dāng)前我國(guó)國(guó)內(nèi)的船舶發(fā)展要點(diǎn)，讓讀者初步的了解當(dāng)前船舶動(dòng)力系統(tǒng)的工作要點(diǎn)和工作原理，并給予粗糙集的船舶汽輪機(jī)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制奇的研究，探析當(dāng)前的智能應(yīng)用方法，然后介紹神經(jīng)我那個(gè)船舶汽輪機(jī)自適應(yīng)魯棒控制法，在簡(jiǎn)短分析船舶動(dòng)力控制系統(tǒng)要點(diǎn)的前提下，實(shí)現(xiàn)智能控制實(shí)施要求。

船舶動(dòng)力系統(tǒng)作為船舶發(fā)展中最為重要的核心系統(tǒng)，主要與船舶運(yùn)行的平穩(wěn)、安全、經(jīng)濟(jì)等因素有著較為密切的聯(lián)系，并且也是整個(gè)傳播發(fā)展中的重要環(huán)節(jié)，伴隨著船舶制造行業(yè)的迅猛發(fā)展，目前要滿足日益提升的性能要求，因而在最近幾年內(nèi)，船舶的動(dòng)力系統(tǒng)智能控制得到長(zhǎng)足安放在，目前新型的船舶動(dòng)力系統(tǒng)有較多不確定性因素，其中非線性或者復(fù)制性等諸多不利因素的影響，讓傳統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)介紹不能滿足現(xiàn)有技術(shù)水準(zhǔn)的要求，并且智能化船舶動(dòng)力系統(tǒng)的控制也成為將來(lái)一段時(shí)間的發(fā)展新趨勢(shì)。

國(guó)內(nèi)船舶動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前我國(guó)國(guó)內(nèi)主要運(yùn)用的船舶動(dòng)力系統(tǒng)為柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)和燃?xì)廨唲?dòng)力系統(tǒng)，柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)符合系統(tǒng)動(dòng)力的安全以及可靠，同時(shí)也能適應(yīng)當(dāng)前發(fā)展中經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的要求，故此啟動(dòng)迅速，功率的范圍較大，并且能那么部分運(yùn)載狀況良好的的需求，因而使用效益比較客觀，技術(shù)表現(xiàn)上更具成熟性。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)內(nèi)大概有半數(shù)以上的船舶都運(yùn)用柴油機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，但由于燃?xì)廨喌恼w動(dòng)力系統(tǒng)的質(zhì)量輕并且功率較大，導(dǎo)致整體的尺寸比較小，因而加速的性能相較于其他動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)越性更好，并且更具環(huán)保要求，在市場(chǎng)上占有一定的份額，但目前收到燃油機(jī)汽輪的整體耗油量高這一特點(diǎn)的影響，所以對(duì)燃料有著較高的要求，這在很大程度上限制燃油機(jī)的整體發(fā)展進(jìn)程。當(dāng)前我國(guó)的國(guó)內(nèi)很多大型的船舶動(dòng)力系統(tǒng)都是要求有雙燃料系統(tǒng)，并且要求使用單缸輸出的功率大的常規(guī)性的智能性柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)。其中電力系統(tǒng)普遍采用變頻技術(shù)，因而布置較為簡(jiǎn)單，并能符合節(jié)能環(huán)保的要求，在工作時(shí)噪音較低，且控制性能比較好，也較為容易的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制要求，因而在發(fā)展中有較大的發(fā)展?jié)撃堋Ｎ磥?lái)的發(fā)展中混合動(dòng)力系統(tǒng)將成為發(fā)展的主體方向，主要原因是由于動(dòng)力系統(tǒng)的可靠性能較好，并且在軍用船舶上能滿足大型遠(yuǎn)程商船的運(yùn)載能力。

汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

船舶汽輪機(jī)的工作特點(diǎn)以及原理。船舶汽輪機(jī)主要的構(gòu)成部分氛圍主要汽輪機(jī)和輔助汽輪機(jī)這兩個(gè)大的部分，其中主要的汽輪機(jī)是通過蒸汽機(jī)進(jìn)行汽輪運(yùn)轉(zhuǎn)的推行，進(jìn)而能驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器的發(fā)展，并能帶動(dòng)螺旋槳工作，用以控制船舶的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，而輔助汽輪機(jī)主要作用是帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)泵和鼓風(fēng)機(jī)這類輔助性設(shè)備，由于汽輪機(jī)是一種能夠?qū)⒄羝麢C(jī)的內(nèi)能逐步轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的回轉(zhuǎn)性動(dòng)力系統(tǒng)，故此具有的特點(diǎn)是單機(jī)的整體功率較大，運(yùn)行時(shí)更為平穩(wěn)，并具可靠性，由于所有的部件尺寸較小，所以整體比較輕質(zhì)，運(yùn)行時(shí)能耗消耗量小，故此具有壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。為更好的了解汽輪機(jī)的工作過程，并且需結(jié)合相關(guān)原理開展深入的探究和分析，第一需結(jié)合當(dāng)前汽輪機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)特點(diǎn)，建立與之相對(duì)應(yīng)的動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。建模的過程中需要運(yùn)用模塊建模法，這不僅能有效降低建模的整體難易程度，更利用今后仿真系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)設(shè)定。在數(shù)學(xué)模型建立完成后，最好通過計(jì)算機(jī)仿真的方法，用以驗(yàn)證模型的正確與否，同時(shí)對(duì)汽輪機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)開展動(dòng)態(tài)化的模擬和分析，這樣能夠?qū)ζ啓C(jī)動(dòng)力系統(tǒng)有初步的了解和認(rèn)識(shí)。

智能船舶動(dòng)力系統(tǒng)控制

粗糙集的船舶汽輪機(jī)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器研究。船舶汽輪機(jī)調(diào)速中主要是運(yùn)用PID進(jìn)行控制，主要的原因是由于PID的控制方法比較簡(jiǎn)單快捷，并能實(shí)現(xiàn)當(dāng)前的控制要點(diǎn)，所以便于動(dòng)力系統(tǒng)的智能化控制要素。但對(duì)船舶控制系統(tǒng)開展高效控制研究的前提下，要了解一點(diǎn)即常規(guī)的PID控制出現(xiàn)較多的問題，第一即船舶的整定要通過人工試湊完成，雖然前期這一工作的實(shí)行還沒有太大的難度，但是伴隨著船舶動(dòng)力系統(tǒng)整體性能的加大，很多人工內(nèi)容就不能適應(yīng)大規(guī)模的計(jì)算要求，并且由于汽輪機(jī)屬于非線性的強(qiáng)耦合的不確定控制對(duì)象，多樣在進(jìn)行PID控制之前，先要做好常規(guī)的PID控制智能化的改進(jìn)方略，進(jìn)而有助于模糊審計(jì)網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)，這能較好的解決當(dāng)前模糊審計(jì)網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)，并能適應(yīng)非線性工作時(shí)出現(xiàn)的各類問題。第二，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的改建主要是控制相關(guān)的PID控制參數(shù)，并且模糊神經(jīng)網(wǎng)需要整改模糊理論和模糊網(wǎng)絡(luò)狀況。兩者之間的整合，是現(xiàn)實(shí)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的關(guān)鍵所在，并且可以通過粗糙集對(duì)神經(jīng)網(wǎng)做參數(shù)的初始化系統(tǒng)對(duì)比，這樣可以讓網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得更為明了和簡(jiǎn)便，并在粗糙集船舶汽輪機(jī)模糊神經(jīng)網(wǎng)控制器的影響下，汽輪機(jī)的工作狀況也出現(xiàn)相互，在實(shí)現(xiàn)自我調(diào)整的前提下，能減少超調(diào)量，在有效縮短響應(yīng)時(shí)間時(shí)，用以進(jìn)行智能化控制。

多尺度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)船舶汽輪機(jī)的適應(yīng)魯棒控制。船舶運(yùn)行的過程中受到風(fēng)速和水流等相關(guān)因素的影響，可以考慮自適應(yīng)控制的魯棒性控制結(jié)合法，該方法的推行能減少建模產(chǎn)生的誤差，并解決不確定因素帶來(lái)的擾動(dòng)影響。多尺度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在引入到汽輪機(jī)自適應(yīng)魯棒控制的過程中，不僅能夠減少網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)規(guī)模，更能減少設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的計(jì)算量誤差。相較于上文提到的控制方法，可以從多尺度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)船舶汽輪機(jī)自適應(yīng)魯棒控制的強(qiáng)干擾為入手點(diǎn)，在解決船舶航運(yùn)要求的情況下，避免各類不確定因素為動(dòng)力系統(tǒng)帶來(lái)諸多不良的影響。

本文主要概述幾種比較長(zhǎng)江的汽輪機(jī)智能控制方法，并簡(jiǎn)短的介紹船舶的動(dòng)力系統(tǒng)控制模式，通過概述了解到汽輪機(jī)的發(fā)展方向和當(dāng)前發(fā)展中面臨的困惑，希望可以為船舶動(dòng)力系統(tǒng)的提升提供借鑒。

（寧波北侖新達(dá)船舶修造有限公司）