柴油机电子调速系统仿真研究

发布时间：2022-03-14 15:19:52 浏览数：次

(黑龙江八一农垦大学　信息技术学院，黑龙江　大庆 163319)
摘要：文章将模糊控制与PID控制相结合进行电站柴油机的电子调速系统设计与仿真研究，这种方法可以快速简单的使柴油机达到稳定调速；并在Simulink仿真环境下对电子调速系统进行仿真研究，跟踪效果良好，证实了方法的有效性。
关键词：电子调速；模糊控制；柴油机
中图分类号：TM611.2 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)11—0087—02

模糊控制与PID控制相结合进行电站柴油机的电子调速系统设计与仿真研究，利用模糊控制的寻优功能，优化PID控制器中的参数。在模糊控制的理论基础上将模糊控制和PID控制相结合，通过设定合适的PID调节参数，实现模糊-PID控制。这种方法可以快速简单的使柴油机达到稳定调速。设计的Fuzzy-PID电子调速系统利用Matlab模糊控制仿真工具箱中的仿真工具，在Simulink仿真方法下进行仿真。Fuzzy-PID控制系统比传统的PID控制系统和单纯的模糊控制系统更能达到实际生活的要求，它具有更快的反应速度，过渡时间短，超调量小，精确度高的特点。此外，它能够随着被控对象参数的变化而改变控制参数，实现在线自调整，以满足不同的环境和不同的工作状况。
1 模糊自整定PID参数控制算法

本文采用三角形作为输入模糊隶属函数，假设隶属函数的三角形是均匀分布的。考虑图1所示的两个模糊隶属度函数曲线，输入变量为误差和误差变化率。而且为了计算方便，我们设定模糊隶属函数图是轴对称的。

由图可见，该隶属函数中，误差论域、误差变化率论域均为［－3,3］，各定义了7个模糊子集。根据语言变量的论域量化等级，按照上述合成推理与解模糊方法，即可得到一个容量为 7×7=49模糊控制规则表（见表1）。表中，将语言变量值设为“正大（PB）”、“正中(PM) ”、“正小（PS）”、“零（ZO）”、“负小（NS）”、“负中（NM）”、“负大（NB）” 7档。

按照表1所示规则表可写出如下条模糊规则描述：
R₁：如果E是NB and EC是NB,则u是PB;
R₂：如果E是NB and EC是NM,则u是PB;
…
R₄₉：如果E是PB and EC是PB,则u是NB;

设输出量U的隶属函数曲线为如图2所示的单点型，仍设定为轴对称。则由加权平均法可得U 的清晰值。

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2 柴油机调速系统

本文以MAN-B＆W 6S60MC柴油机为例进行仿真，采用文献〔1〕建立模型为：

执行机构（电液执行器）的数学模型为：
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式中：K——比例系数，K_a=1；
T_a——时间常数，T_a=0.35t；
τ_a——纯滞后，τ_a=0.05t。
3 仿真研究

根据上述控制对象模型，利用Matlab中的Simulink平台可以很容易搭建柴油机电子调速器Fu zzy-PID控制系统，如图所示。

解模糊的方法采用重心法。

由图4可以看出，Fuzzy-PID控制比常规PID控制反应更快，过渡时间也段，超调量小很多，即使被控对象的参数发生变化，对Fuzzy-PID控制影响也不大。这一切都归功于Fuzzy-PID控制，它能使得PID控制的控制参数随被控对象输出的变化而变化。

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4 结论

利用Matlab Fuzzy Logic Toolbox及Simulink 可以快速并简单的进行模糊控制系统设计，且精度高，可视性强。Fuzzy-PID控制系统比常规的PID控制系统具有更好的动态性能，可以方便有效的控制柴油机的转速，缩短过渡时间提高控制性能。 Fuzzy-PID控制系统比传统的 PID控制系统和单纯的模糊控制系统更能达到实际生活的要求，它具有更快的反应速度，过渡时间短，超调量小，精确度高的特点。此外，它能够随着被控对象参数的变化而改变控制参数，实现在线自调整，以满足不同的环境和不同的工作状况。仿真结果表明，本文提出的控制方案易于实现，且控制效果好，验证了本方案的有效性。［参考文献］
［1］李华文.柴油机调速系统研究［M］.西安：西北工业出版社,1999.
［2］曾光奇,胡军安,王东,刘春玲.模糊控制理论与工程应用［M］．武汉：华中科技大学出版社,2006.92～105.
［3］颜纯林.柴油机电子调速系统仿真设计［J］.农机化研究,2006，(9).
［4］李卓,萧德云,何世忠.基于Fuzzy推理的自调整PID控制器［J］.控制理论与应用,1997，(14).
［5］刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真［M］.北京：电子工业出版社,2004.102～11 8.

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