基于区间约束GPC的船舶SCR脱硝系统多工况控制

不同工况下的船舶柴油机脱硝系统具有很强的非线性和时变性，常用的单一控制器难以准确控制，因此对船舶选择性催化还原（SCR）脱硝系统进行自适应控制研究尤为重要。从SCR的反应微分方程入手，建立船舶柴油机SCR脱硝系统的机理模型，并通过模型仿真的离线数据辨识建立不同工况下该系统的ARMAX模型；设计基于该模型的广义预测控制器以实现多工况的自适应控制。考虑到执行机构的使用寿命，加入区间约束算法，提出并设计带区间约束算法的广义预测控制（GPC）控制器。研究结果表明：与传统的GPC和模型预测控制（MPC）控制器相比，带区间约束的GPC控制器不仅能在变工况时保持较高的脱硝率，而且能显著减少执行器的动作次数，从而提高船舶柴油机SCR脱硝系统的使用寿命。     

PSO-BP神经网络在船舶二级脱硝系统中的应用

随着国际海事组织（IMO）标准Tier III标准的实施，船舶柴油机尾气中的氮氧化物（NOx）的排放受到了更严格的限制。选择性催化还原脱硝技术因其高效、可靠等优势成为船舶柴油机NOx减排的主要选择。本文先根据SCR反应机理在MATLAB中搭建一级SCR脱硝系统和二级SCR脱硝系统模型，通过仿真结果对比，发现加入二级脱硝系统后，脱硝率可以得到提高。鉴于BP网络预测精度较低，本文将粒子群（PSO）算法加入到BP权值训练过程中，利用PSO-BP 神经网络预测 SCR-DeNOX系统出口处NOX浓度。结果表明：PSO-BP 神经网络不但可以预测SCR-DeNOX系统出口处的NOX浓度，而且与传统BP 神经网络相比可以提高预测结果的精度，为有效控制喷氨量、降低氨气逃逸量提供帮助。     

船舶柴油机SCR系统尿素喷射控制仿真

选择性催化还原技术(selective catalytic reduction)是一种柴油机尾气排放后处理技术。针对船舶柴油机SCR系统非线性、难以建模以及难以控制的特点,分析系统内部的化学反应,根据能量和质量守恒确定各状态量满足的微分方程,建立SCR系统数学模型,并验证其特性。为了实现SCR系统的控制目标,即保证NH3逃逸量不超过限定值的前提下,尽可能提高NOX转化率,以NH3逃逸量为约束输出,NOX出口浓度为控制输出,氨喷射量为控制变量,设计了非线性模型预测控制器,实时计算系统所需尿素喷射量。实验仿真表明了非线性模型预测控制器的有效性,稳态工况和瞬态工况下NOX转化率分别达到了93.803%和91.760%,NH3逃逸量均低于10ppm ,满足Tier III标准对船舶柴油机尾气氮氧化物排放的限制。     

船舶柴油机SCR系统尿素喷射控制仿真

选择性催化还原技术是一种柴油机尾气排放后处理技术。针对船舶柴油机SCR系统非线性、难以建模与控制的特点,分析系统内部的化学反应,根据能量和质量守恒确定各状态量满足的微分方程,建立SCR系统数学模型,并验证其特性。为了实现SCR系统的控制目标,即在保证NH_3逃逸量不超过限定值的前提下,尽可能提高NO_X转化率,以NH_3逃逸量为约束输出,NO_X出口浓度为控制输出,氨喷射量为控制变量,设计了非线性模型预测控制器,实时计算系统所需尿素喷射量。试验仿真表明了非线性模型预测控制器的有效性,稳态工况和瞬态工况下NO_X转化率分别达到了93.803%和91.760%,NH3逃逸量均低于10 ppm,满足Tier Ⅲ标准对船舶柴油机尾气氮氧化物排放的限制。     

反馈控制技术在船舶废气SCR系统中的应用

船舶废气脱硝处理多采用选择性催化还原(SCR)技术将船舶废气中的氮氧化物转化为无污染的氮气和水。在SCR系统中利用控制器及监测设备对船舶废气脱硝处理过程实行自动监测及控制。结合船舶柴油机废气处理的特点,研究反馈控制技术在船舶废气脱硝系统中的应用,进一步提高船舶废气脱硝系统运行的控制精度及脱硝效率,增强了系统运行的稳定性及安全性。     

融合CFD与PI控制的船舶柴油机SCR脱硝系统设计与分析

选择性催化还原技术对氮氧化物脱除具有显著效果,是当前最广泛使用的脱硝处理技术。本文从介观角度出发,采用CFD方法建立了船用SCR脱硝系统的物理模型,分析了SCR脱硝系统的反应机理,并通过用户自定义函数将PI控制算法融合进介观系统模型中,摒弃传统控制模型中的均匀分布假设,实现了介观尺度上的非均匀喷氨控制。仿真测试结果表明：船用SCR脱硝系统的气体分布呈现严重非均匀性;融合介观尺度上PI控制算法后,不仅可改善系统的非均匀性,还可提高系统的整体脱硝率、降低系统的氨逃逸量。本研究为宏观控制与介观机理建模的融合提供了新的研究思路。     

基于AVL BOOST的柴油机SCR催化剂尺寸优化设计

以潍坊华东6105AZLD型柴油机的选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)系统为研究对象,以试验数据为基础,利用AVL BOOST软件建立目标柴油机SCR催化剂模型。进行SCR化学反应动力学参数的优化,分析催化剂体积、截面布置形式、孔密度以及布置层数对催化剂性能的影响,最终确定催化剂体积为0.072 m3,截面布置形式为2×2,孔密度为30×30,布置层数为2,每层高度为0.4 m。优化设计后的催化剂脱硝率、压降和氨逃逸率分别为82%,237 Pa,0.007 5‰。     

基于扩展卡尔曼滤波的船舶SCR脱硝系统状态估计

如今，选择性催化还原法(SCR)是船舶尾气脱硝的主流方法。为了实现SCR脱硝系统的闭环控制，准确获取系统各个状态变量的值十分重要。但是其中的氨覆盖率θNH3无法直接用传感器测量，即存在不可测的问题。并且，由于受到实际运行时的噪声影响，NH3和NOx浓度传感器的测量值并不精确。考虑到扩展卡尔曼滤波(EKF)算法能减弱噪声、实现状态变量的最优估计，设计了基于3状态SCR脱硝系统模型的EKF状态观测器。为了考察该观测器的性能，在船舶柴油机排气参数剧烈变化的工况下进行仿真试验。结果表明，该EKF观测器的估计值与参考值的吻合度十分良好。     

基于非线性-线性ESO切换策略的船舶柴油机转速控制

为更好地适应船舶柴油机转速和负载分布范围广泛的特点，针对船舶柴油机转速控制，在分析扩张状态观测器（ESO）特性的基础上，结合非线性ESO(NLESO)和线性ESO(LESO)的优点，通过切换策略构建基于NLESO和LESO的自抗扰控制器（ADRC）。该控制器考虑了实际柴油机转速控制中基于曲轴转角计算和控制的特点，其计算和控制由曲轴转角信号定角度触发，并对曲轴转角触发的ESO进行了稳定性分析。最终的发动机试验表明：相对于PID控制器、线性自抗扰控制器和非线性自抗扰控制器，基于切换ESO的自抗扰控制器对柴油机转速和负载变化具有更好的适应性和鲁棒性。     

船舶航向保持中的混沌控制研究

大型船舶的航向控制是一个多变量、时滞性较大和非线性的动态过程,在海浪、海风等因素干扰下会呈现一种典型的混沌运动。本文系统介绍混沌控制理论和算法,结合船舶航向控制数学模型和Diffing方程,设计一种船舶航向的控制器,并利用Maltlab对该非线性控制器进行仿真。仿真结果表明,该船舶航向控制器具有良好的航向保持能力和鲁棒性。     

船舶柴油机转速的线性自抗扰控制

船舶柴油机推进系统包含非线性、时变参数以及柴油机-推进轴系-螺旋桨之间的强耦合作用,难以建立精确的数学模型,且易受到螺旋桨负载扰动的影响,不利于船舶柴油机转速的实时准确控制。针对此问题,将线性自抗扰控制（Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC）技术应用于船舶柴油机的转速控制系统。首先,基于平均值建模方法建立了某大型低速二冲程船舶柴油机的模型,并分析了转速控制中的不确定因素;然后,针对柴油机的转速控制问题设计了二阶LADRC控制器;最后,以船舶柴油机平均值模型为载体对LADRC的控制性能进行仿真测试,并与经过遗传算法优化的PI控制器进行对比。仿真结果表明,在负载扰动及模型参数改变的情况下LADRC表现出良好的控制性能,并且比PI控制具有更优的扰动抑制能力和鲁棒性。     

船舶尾气处理技术分析

分析船舶脱硝原理与方法，重点介绍选择性催化还原（SCR）系统工作原理、尿素系统设计、催化剂使用以及SCR系统的吹灰，并提出改进方案，即增加尿素系统日用药剂泵、在排烟管路正确安装尿素喷射器以及为SCR系统配备NO_X传感器等，使脱硝效果更加显著。此外，还分析了船舶脱硫方法及每种方法的优缺点，并介绍了当前船舶脱硫脱硝一体化技术，提出目前无论脱硫还是脱硝技术都存在污染海洋的可能，液化天然气（LNG）才是未来船舶尾气减排的发展方向。     

基于动态面的船舶航向自适应神经网络控制

针对船舶航向控制非线性系统模型中存在的不确定性和外界干扰的影响,采用动态面控制算法设计了一种鲁棒自适应神经网络控制器。该方法通过引入一阶低通滤波器,消除了反步法设计中由于反复对虚拟控制的求导而导致的复杂性问题,同时还避免了控制器可能存在的奇异值问题。利用Lyapunov设计的鲁棒自适应控制器不仅能保证闭环系统的半全局渐近稳定,使得输出渐进跟踪期望轨迹,还能跟踪误差通过控制器的设计参数加以调整。     

船舶航向模糊自整定操舵控制器的研究

船舶航向操舵控制是个典型的非线性系统,而工程上经常使用的常规PID(Proportional Integral Differential)控制器则为线性控制,至于模糊控制虽为非线性控制,但稳态精度不高。将常规PID控制与模糊控制相结合,基于Norrbin非线性系统模型和模糊自整定PID控制器的设计步骤,提出一种新的船舶航向控制算法,即船舶航向模糊自整定操舵控制器,并针对5 446标准箱的集装箱船舶,用Matlab进行了仿真计算。仿真结果表明,该控制算法可以使船舶航向控制从动态和稳态上都具有较好的精度,跟踪响应迅速,超调量小。     

基于多段滑模面控制的船舶柴油机调速系统仿真研究

船舶柴油机的稳定运行,关系船舶电力系统电能品质以及柴油机的性能。为了使柴油机具有得到较好的排放性、经济性及动力性,对其转速进行稳定的控制是十分重要的。在实验的基础上建立柴油机调速系统的非线性数学模型,利用滑模变结构控制理论设计了多段滑模面变结构控制器。并用MATLAB/simulink进行了仿真,结果表明:多段滑模面变结构控制能很好抑制系统的超调量,快速跟踪目标值,具有控制精度高,鲁棒性强等特点。     

柴油机调速系统自适应滑模控制算法的研究与仿真

建立2135型柴油机调速器的非线性模型,设计一种滑模控制器,以实现对单输入非线性柴油机调速系统的控制,并用MatLab/Simulink仿真,体现出滑模变结构控制对非线性系统进行控制的动态、静态品质优良,鲁棒性好的特点,解决传统PID控制超调量大、调节时间长的问题.针对滑模变结构控制器容易产生抖振的问题,设计了自适应离散滑模控制器,取得较好的仿真结果.     

反步法在航向自适应控制中的研究与仿真

为了提高船舶的操纵性能,研究人员对船舶的航向控制投入了大量的精力。由于船舶在航行时会受到气候和水文的影响,运动状态呈现不确定性和非线性,传统的船舶航向控制效果较差。本研究基于反步法,设计一种逐级递推优化的船舶航向自适应控制系统,并系统讲述反步法的理论基础和航向自适应控制系统的工作原理及其仿真。     

船舶用柴油机转速智能控制系统设计与实现

传统船舶柴油机转速控制系统在运行过程中,存在控制延迟过长的问题,对此设计船舶柴油机转速智能控制系统。对传统船舶柴油机速度控制模型进行简化,设计PID控制器,利用遗传算法实现控制器参数的在线整定,对执行器的外围信号处理电路进行抗干扰滤波设计,提高系统各单元集成效果,实现对船舶柴油机转速智能控制。实验数据表明与传统控制系统相比,使用设计的智能控制系统,柴油机加速控制延迟降低27%,减速控制延迟降低32%,说明该控制系统能有效降低柴油机转速延迟。     

基于变结构控制理论的船舶非线性控制仿真研究

为厂提高船舶的航行安全性以及航行中的舒适性．设计了舵鳍联合减摇控制器。分析了船舶运动的非线性模型，根据实际情况进行假设，得到了船舶舵鳍联合减摇控制系统的状态方程，把非线性船舶鳍联合控制模型转化为可控正则型；将船舶运动模型看作是由横摇、艏摇、横荡3个子系统构成的大系统．进行了舵鳍联合控制，设计了分散变结构控制器，最后针对这类控制器进行了MATLAB仿真研究。仿真结果表明：舵鳍联合控制器能够很好的抑制船舶的横摇和艏摇，并能尽可能大的减小横荡。     

船舶SCR系统维护管理及PSC检查应对要点分析

随着TierIII排放公约对NOx排放的限制要求生效,越来越多的船舶安装SCR系统,船舶管理公司针对SCR系统的维护管理及应对PSC检查显得越来越重要。文章从SCR系统原理出发,对催化剂失效、尿素的失效和结晶、氨的逃逸、温度管理控制等主要故障原因进行分析,并提出了催化剂清洗、复活和再生处理等应对措施；同时对PSC检查应对要点进行了分析,对船员和管理公司加强履约应对有参考意义。