基于最小二乘法的调距桨电液伺服系统辨识研究

利用最小二乘参数估计原理对调距桨电液伺服系统进行系统参数辨识。基于开环辨识、闭环验证的思路,设计出辨识试验方案,利用MATLAB系统辨识工具箱对采集到的数据进行预处、模型定阶和ARX参数估计,获得系统开环模型;利用Simulink对辨识得到的模型进行闭环仿真,将仿真结果与台架实验数据进行对比分析。初步尝试了系统辨识在调距桨伺服系统上的应用。     

基于BP神经网络PID的船用锅炉蒸汽压力控制系统

锅炉蒸汽压力的特性导致常规的PID控制方法不具备自适应能力,难以满足系统要求,因此,设计了基于BP神经网络PID的锅炉蒸汽压力控制系统。以一个二阶含滞后环节的锅炉蒸汽压力数学模型为被控对象,分别用传统PID控制器和基于BP神经网络的PID控制器对锅炉蒸汽压力加以控制,并采用MATLAB软件进行仿真。仿真结果对比显示,在基于BP神经网络的PID控制器控制下,系统无振荡,无超调,过渡时间短,控制效果优于传统PID控制器。     

船舶航向的自适应自调节PID跟踪控制

[目的]针对遭受时变环境扰动且存在参数不确定性的船舶航向非线性控制系统,为满足其航向控制的实时性要求,[方法]结合自适应技术,提出不依赖于模型参数与未知输入的自适应自调节的船舶航向跟踪控制方案,并利用Lyapunov直接方法验证该控制律的有界性。[结结果]仿真结果表明,该控制器可以自适应自调节PID的控制增益,不仅继承了传统PID控制器的优点,还对未知时变扰动具有良好的鲁棒性。[结论]研究成果可为船舶航向的跟踪控制设计提供参考。     

基于模糊PID的压力筒动态保压系统

针对某型压力筒的压力控制快速性和稳态工况下高精度压力控制的要求,考虑到系统惯性较大的特点,以及先导式气动流量调节阀的非线性和迟滞对系统控制性能的影响,基于AMEsim仿真平台,采用模糊PID控制策略,设计模糊PID控制器.动态保压系统试验验证了所设计的控制器具有较好的模糊控制动态性能和较高的PID控制稳态精度,能满足压力筒模拟深海压力的动、静态精度要求.     

基于L1自适应理论的AUV深度控制器设计

[目的]为抑制自主式水下航行器(autonomous underwater vehicle, AUV)运动过程中水动力参数变化和复杂外界环境干扰的影响,针对AUV深度控制通道设计一种自适应控制器。[方法]首先建立AUV系统动力学模型,然后以REMUS AUV系统的纵向控制模型为被控对象设计L1自适应控制器,最后在考虑不同干扰条件下使用Matlab/Simulink对L1自适应控制器进行仿真试验,并与相同环境下PID控制器的效果进行对比。[结果]在受到强外界干扰的条件下,对比PID控制器,L1自适应控制器的控制效果更稳定。且当AUV运动模型中水动力参数发生改变时,L1自适应控制器可以保持稳定。[结论]仿真结果表明,基于L1自适应理论设计的控制器在拥有良好动态响应的同时能够保证抗干扰能力与鲁棒性。     

基于AVL BOOST的船用柴油机典型故障仿真及其数据分析

[目的]大型船用柴油机故障类型的数据通过台架试验或者实船来获取存在许多不利因素,因此针对柴油机的故障仿真数值计算就显得尤为重要,同时对故障排除及数据驱动的智能故障诊断系统的构建也具有重要意义。[方法]基于AVL BOOST软件和台架试验数据,建立柴油机仿真模型,验证4种负荷工况下仿真模型需满足的精度要求;基于100%负荷工况模型,采用控制变量法模拟柴油机发火点提前、单缸停油及曲轴箱窜气这些典型故障,并分析计算得到的数据。[结果]结果表明:发火点提前5°时,缸内最高燃烧压力提高了17.4%;第1缸停缸后,有效油耗率上升近15%;对于不同气缸停油情况,第2号和3号气缸停油时的特征参数变化幅度较小;随着活塞有效窜气间隙的增加,各特征参数基本上呈线性扩大趋势,在窜气间隙值为0.04 mm时,部分特征参数急剧增加,例如油耗率增加了近40%。[结论]所得结果可作为柴油机故障状态识别及智能故障诊断系统构建的重要依据,为探索船舶柴油机智能故障诊断技术提供新的途径。     

基于功率控制模式的调节器研究

为保障船上电网的安全稳定,电力推进系统在恶劣海况下,由转速控制模式切换到功率控制模式,使推进功率保持稳定。本文首先分析了功率控制的2种控制方案,通过对比分析,指出功率开环控制的缺点;然后对功率闭环控制模式进行了分析;最后对2种经典调节器进行对比分析,结合控制要求设计出适合的调节器,并在300 kW级变频驱动装置上进行了试验验证,给出了试验波形及分析结果,验证了调节器设计的有效性。     

基于数字孪生的舰船蒸汽动力总体模型框架研究

[目的]为了实现舰船蒸汽动力系统的数字化、网络化和智能化,提出一种总体数字孪生模型应用体系。[方法]从物理对象、过程要素、生命周期及虚拟空间这4个维度,提出基于数字孪生的舰船蒸汽动力系统总体“四维思想模型”,并创建总体全生命周期的“五阶体系模型”,涵盖概念论证、系统设计、总装建造、试验试航及运维保障这5个典型的阶段。通过引入大数据、物联网、云计算、人工智能和基于模型的系统工程等先进技术,形成由物理层、接口层、数据层、模型层、调度层、功能层及应用层组成的舰船蒸汽动力系统总体数字孪生“7层架构模型”。[结果]舰船蒸汽动力系统虚拟设计分析及试验平台的验证结果表明,数字孪生体系框架可以有效支撑系统方案设计、操作运行分析及试验方案评估,从而实现舰船全生命周期中物理空间与虚拟空间的交互协同。[结论]研究成果可为舰船蒸汽动力系统的总体数字化设计提供参考。     

船舶蒸汽动力系统设计方案的仿真验证

为在设计初期对某船舶蒸汽动力系统的总体设计方案进行校核,提出了一种系统设计验证仿真方法。首先,在系统初步设计方案的基础上补充完善仿真系统开发所需的设计数据;然后,采用RINSIM仿真平台工具进行模型开发,并通过建模与模型集成调试获得系统仿真模型;最后,进行仿真计算。应用该方法开发了某船舶蒸汽动力系统设计验证仿真平台,并对系统的设计方案进行了校核。结果表明:该设计验证仿真平台的稳态计算结果准确,动态趋势合理,适于对船舶蒸汽动力系统进行设计验证。     

基于模糊PID的无人帆船航向控制方法

[目的]无人帆船在复杂海况下会出现航向状态不稳定的现象,为提高帆船在多变和未知环境下的抗干扰能力与航行的稳定性,实现对帆船航向的准确控制,提出一种结合传统PID技术的模糊自适应控制方法。[方法]建立响应型三自由度的Nomoto运动数学模型,借助Matlab的Simulink建模工具搭建模糊规则和仿真控制器,对PID控制参数进行实时在线优化调整。分别在不同航速和加入随机扰动下,与传统PID控制进行对比研究,分析不同的控制方法对航向的影响情况,并通过试验进行对比验证。[结果]结果表明,应用模糊PID方法控制小型无人帆船的航向,具有较好的自适应能力和较强的鲁棒性。[结论]研究成果可为无人帆船的航向控制设计提供参考。     

蒸汽动力系统在不同工况下的凝水分配协调性分析

[目的]为满足蒸汽动力系统在不同工况下的使用要求,需开展凝水分配协调性分析和管路优化设计。[方法]基于Flowmaster仿真计算软件,建立凝水系统的管网仿真模型,分析低工况和高工况下的凝水系统压力和流量分配情况,并相应提出降低水柜安装高度和调整系统管路连接方式这2种优化设计方案。[结果]计算结果表明:在低工况下,当凝水系统中节流阀开度30%、循环阀开度45%时,储水量最大为0.128(归一化处理结果),当节流阀开度小于13%时,凝水系统将无法实现储水功能;在高工况下,当凝水系统中节流阀开度90%、循环阀开度18%时,储水量最大为0.404,且凝水系统的分配协调性更好;2种优化设计方案均可有效改善低工况下凝水系统的分配协调性。[结论]研究成果可为实船凝水系统的管路优化设计提供参考。     

船用柴油机SCR系统控制策略研究

SCR技术是排气净化的有效措施之一,为满足国际海事组织提出的船用柴油机NOX排放要求,针对某型船用柴油机,开展SCR系统控制策略研究,对尿素理论喷射量进行计算,利用Matlab分别建立催化器、开环控制与闭环控制模型,根据仿真结果对柴油机SCR系统的控制策略进行研究分析。     

大型压力容器的压力跟踪控制

[目的]针对某大型压力容器的压力跟踪控制要求,为了满足升压段的快速大流量需求并改善压力容器升压段和降压段的跟踪性能,研发75 m3新型压力容器的内部压力控制系统。[方法]采用高压气水罐作为蓄能器,通过调节蓄能器流入压力容器的液体流量,改变内部压力,实现升压段的精确跟踪;在压力容器出口管路上分别设置流量调节阀和高速电磁开关阀,以提高降压段的跟踪精度;采用带有死区的PID控制算法,补偿相位滞后。[结果]试验结果表明:系统动态跟随精度可保持在0.4 MPa以内,静态保压精度可控制在0.1 MPa,具备良好的跟随性能和稳态控制精度。[结论]在陆上试验模拟潜器大惯性变深应用场景可以有效解决假海背压控制瞬时大流量与压力控制精度无法兼顾的问题。     

基于精细网格模型的邮轮人员疏散模拟及实验验证北大核心CSCD

[目的]人员撤离分析是邮轮设计和安全评估中的重要内容,为相对精确地模拟邮轮上的人员疏散行为和规律,提出一种基于精细网格的邮轮人员疏散仿真模型。[方法]首先,为刻画邮轮的内部空间结构,将甲板内部区域划分为0.1 m×0.1 m的基本二维网格点,并定义目标区域和功能处所区域这2类特殊区域;然后,引入行人期望运动方向和运动趋向性参数,建立自由选择最短路径和指定最短路径这2种人员运动规则;最后,以欧盟Safeguard项目的邮轮疏散实验为案例进行仿真分析。[结果]对比结果表明:所建立的人员疏散模型满足ERD,EPC,SC,TAT%等4项模型验证指标的衡准要求;与实验数据对比,全船总撤离时间、各集合站撤离时间的模拟结果与实验结果基本一致,其中全船撤离时间的相对误差为4.9%;与商用软件EXODUS的模拟结果相比,所建立模型的计算结果更契合实验数据。[结论]该人员疏散模型满足邮轮人员撤离分析要求,可为邮轮脱险通道的设计布置以及人员撤离方案的制定和优化提供支持。     

某型船调距桨装置液压系统仿真及试验研究分析

针对某型船调距桨装置液压系统设计参数与使用工况,利用液压系统AMESim仿真软件,建立调距控制回路仿真模型,仿真分析液压系统的实际工作特性;结合调距桨装置台架联调试验,验证液压系统仿真模型合理性。     

基于MATLAB/Simulink的随动控制系统建模与仿真

文章先通过介绍随动控制系统的组成,然后对各组成部分进行数学建模,如:伺服电机、PWM脉宽功率放大器、增量式编码器等,得到整个随动控制系统的数学模型,再设计模型各环节的PID参数,最后通过MATLAB/Simulink进行仿真,得到整个系统的仿真结构图、不同频率输入信号的响应曲线和误差,并进行了带宽分析。通过仿真,验证了控制方案的正确性和可行性,满足设计输入要求。     

基于稳定张力的光纤绕制系统建模与仿真

针对光纤绕制的特点,设计了一种基于稳定张力绕制的系统实现方法。分析并给出了各检测和执行部件的数学模型,在此基础上采用增量PID控制算法对系统进行仿真,通过与实际系统的试验对比,对模型和算法进行了验证,结果表明采用的算法有效,相关控制指标达到或优于系统设计要求。     

基于正弦函数处理新息的船舶模型参数辨识新算法

[目的]当船舶试验数据样本少时,将面临难以快速、准确辨识船舶模型参数的难题。[方法]基于最小二乘系统辨识算法,采用正弦函数处理新息,提出一种基于正弦函数非线性新息处理的船舶模型参数辨识算法。以"育鲲"船为例进行仿真实验,在只有26组辨识数据的情况下,对比最小二乘法和非线性新息改进最小二乘法的模型参数辨识效果,并利用"育鹏"船对所提算法的有效性进行验证。[结果]结果表明:与最小二乘法相比,非线性新息改进最小二乘法的模型参数辨识精度提升了15%左右。[结论]研究结果可为小样本数据情况下的船舶模型参数辨识提供参考。     

船用电控柴油机燃油共轨系统与轨压力仿真

以7RT-Flex60C船用柴油机燃油共轨系统为仿真对象,设计系统各组成部件数学模型,采用矩阵实验室/动态仿真模块(Matlab/Simulink)搭建该系统仿真模型.通过对仿真数据与台架试验数据进行对比,验证模型准确、有效.在此基础上,利用所搭建的仿真模型分析燃油共轨压力、喷油量和共轨管容积对共轨管轨压力波动产生的影响,获得了令人满意的仿真效果.仿真结果可为船用电控柴油机燃油共轨系统的设计、优化以及柴油机的日常管理提供参考.     

Feedback-feedforward variable gain iterative learning method adopted in electro-hydraulic position servo system北大核心CSCD

[目的]为了实现电液位置伺服系统的精确控制,提出一种反馈-前馈变增益迭代学习法。[方法]首先建立电液位置伺服系统的简化模型,然后对迭代学习控制算法进行改进,采用带遗忘因子的变增益学习律,最后开展Matlab仿真对比验证。[结果]仿真结果表明:相较于传统的迭代学习和传统PID控制,改进后的迭代学习算法具有更好的收敛性和更小的跟踪误差,可以使电液位置伺服系统快速精确地跟踪位置曲线,从而提高系统动态特性。[结论]研究成果可为电液位置伺服系统的控制性能优化及实际工程应用提供参考。