船舶汽輪機智能控制研究

宋 澤，姜 鑫，盛 杰，董 銳，劉延峰

（1.中國船舶重工集團有限公司第七〇三研究所，哈爾濱 150078：2.國網黑龍江省電力有限公司哈爾濱供電公司，哈爾濱 150016：3.哈爾濱供電公司道里供電支公司群力所，哈爾濱 150000）

作者簡介： 宋澤，男，漢族，1988 年生，黑龍江雞西人，工程師，碩士研究生，研究方向為汽輪機控制。

1 國內外船舶汽輪機發展歷程

1.1 國外船舶汽輪機的發展

國外船舶汽輪機的發展研究要較早于國內。在很多世紀之前，國外就出現了很多不完善或是初具成型的機輪機原始形態。等到十九世紀末，整個世界上制造業的工業技術在不斷的進步和提升，隨之而來的就是汽輪機的誕生。第一臺用于工業的汽輪機，是由瑞典的工程師發明的沖動式汽輪機。在這之后由英國工程師制造了反動式汽輪機。隨著時代的發展，到了今天，汽輪機已經成為了各個工業領域必不可少的一部分。汽輪機不僅廣泛的運用在各個領域，還取得了很大的發展和改進。

1.2 我國船舶汽輪機的發展

相對于外國而言，我國的船舶汽輪機的研發起步較晚。在我國解放以前，船舶動力機制主要以復蒸汽機為主。使用的少數汽輪機動力裝置的船舶都是花高價從國外訂購而來。我國從二十世紀到如今的船舶蒸汽動力研發歷程，可以大致的分為三個階段。

1.2.1 建國初期到上個世紀五十年代中期

我國在這個時期，經濟發展力與科技研發水平都處于較低迷的狀態。在這一階段中，我國使用的船舶主要都是從前蘇聯購買使用。

1.2.2 二十世紀中期五十年到到六十年代

短暫的時間中，我國正在飛速的發展，經濟水平與科技水平都在不斷的上升。我國在前蘇聯購置了一批蒸汽動力裝置后，由上海的汽輪機廠進行蒸汽動力裝置的仿制工作，并于1956年試制成功。

1.2.3 二十世紀六十年代至今

在這段時間，我國的各項指標快速增長，經濟實力與科技水平的飛速發展。我國也研發出來一些良好的成果。六十年代，我國自行設計制造了鍋爐動力裝置的汽輪車。1970年，我國在哈爾濱汽輪機場試制汽輪機成功，性能良好，逐步投入批量生產。1972年，我國開始測量保障船的研制，以汽輪機作為動力裝置，其設計制造工作最終由汽輪機廠完成。

1.3 簡單概括

總的來說隨著我國經濟水平與科技、工業水平的飛速發展。雖然我國的船舶動力裝置的研究起步較晚于其他國家，但是我國的發展潛力無可估量?，F如今，蒸汽動力裝置也成為了我國大型船舶的主要推進動力裝置。

2 目前國能計算智能控制的國內現狀

隨著信息通訊與計算機網絡技術的快速發展，計算機的普及度于應用程度越來越廣泛。計算機也開始大批量的出現在人們的生活中與工作中。近些年，在計算機研究的大力支持下，新發展起來的軟技術科學，在數據分析與處理能力方面都有著超強的手段，能夠應用于智能控制、非線性系統等領域。

3 船舶汽輪機的特點與控制系統

3.1 船舶汽輪機特點

3.1.1 其螺旋槳服從工作規律

在海上進行航水任務，需要根據航行需要進行速度控制與方向控制。因此，需要汽輪機帶動螺旋槳進行宣戰的同時對東船舶定向航行。

3.1.2 控制系統的要求

因為海上任務各類狀況的突發性較強，需要有汽輪機強力的穩定性與超強度控制性支撐，這樣才能保證在負荷變化范圍大的正常運行。

3.1.3 其重量尺寸限制

由于船舶需要在海上航行，是一個會移動的裝置。因此，其本身設備的裝置就會受到限制。考慮到排水量與排水容積等因素限制，需要控制船舶汽輪機的重量與尺寸。

3.2 汽輪機的控制系統

根據汽輪機各個系統的功能不同，可以把船舶的汽輪機氛圍主汽輪機系統，負責提供船舶前進的主推力；輔助汽輪機系統負責能源得到供應。

4 船舶汽輪機控制器研究

4.1 粗糙集理論的提出

這是一種分析數據信息的數字工具，在對這類工具的使用中能夠快速的發現數據中的不完備信息，并從中提取規則，挖掘隱含的知識。結合對船舶汽輪機系統的研究，對粗糙集理論的數據信息進行利用挖掘，從而實現船舶動力系統的智能控制。

4.2 建立粗糙集的模糊神經網絡

隨著信息時代的到來，計算機成為了家家必備的“電器”，計算機技術也得到快速的普及和廣泛的應用。建立粗糙集的模糊神經網絡，對處理數據的方法進行完善和發展，增強數據的處理能力及分析能力。

4.3 建立粗糙T-S 模糊神經網絡

智能控制領域內有兩個重要的分支：模糊理論和神經網絡的控制策略，將兩者結合，取長補短，從而構成一種新的模糊神經網絡，用以模擬腦的智能思維系統。

5.4 粗糙集船舶汽輪機模糊神經網絡控制器的設計

針對以上出現的船舶輪機控制系統在融合使用中的發現，其調速系統存在著超高的控制難點。因此，需要將上述的粗糙集理論引入到粗糙集船舶汽輪機模糊神經網絡控制器的設計智能知識庫中去，對各種不確定的數據進行分析與處理，在此過程中構建出一種全新的智能控制系統。

6 對船舶汽輪機調速系統的控制仿真分析

6.1 對汽輪機調速系統進行建模

根據建模方法對汽輪機系統建立簡化內部系統的簡易模型，通過計算驗證其運行規律，并在多種情況下進行測算，為進一步對汽輪機的智能控制研究方法做好準備。

6.2 分析船舶汽輪機控制的難點

由于船舶汽輪機控制系統的變化較為頻繁，在海上運行中突發情況較多，且參數變化的幅度較大。要分析并針對船舶汽輪機控制的難點進行測算，逐漸實行只能控制。

6.3 確定外界的不確定因素干擾

在進行模型計算預演時，要充分的考慮到各類外界會導致的不確定因素干擾。針對此種情況，在船舶汽輪機控制器中加入自適應控制項與魯棒控制項，增強系統的抗干擾能力。