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《大连理工大学》 2000年 博士论文
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基于模糊逻辑的内燃机车大功率柴油机智能控制系统的研究

曹恒  
【摘要】: 内燃机车柴油机16V240ZA是我国铁路干线机车主型柴油机,其电子控制技 术的研究即是当前机车柴油机技术领域的前沿课题,也是铁路列车计算机控制系 统的基础课题,对实现机车控制计算机基础部件国产化具有重要意义。 本项研究的目的,在于完成铁道部“九五”铁路科技发展计划项目——内燃 机车柴油机电子控制系统(98J17)课题,实现对大功率机车柴油机16V240ZA 电控系统从试验系统到实用系统乃至机车柴油机控制综合管理系统的转化,其主 要内容是这一课题中模糊智能控制系统的试验研究。为了解决机车柴油机在动态 工况下的PID参数自适应调节问题,在传统PID控制的基础上,引入人工智能 控制(HSIC)和模糊逻辑智能控制(FLC)进行控制器设计,提出并设计了一 个具有智能控制特点和多层结构的模糊PID控制系统。 本项研究的特点是使用MATLAB软件和模糊控制开发系统FDS1.0作为开发 工具,建立了一个实用的开发研究体系。从系统辩识建模入手,然后建立仿真系 统,对控制算法进行试验模拟,最后将试验结果应用到实际控制系统设计中。为 了进行柴油机模糊智能控制系统研究,首先将柴油机动力系统看作一个“灰箱”, 采用系统辨识的方法对16V240ZA和Z6135柴油机进行了参数辩识,建立了实 用的动态模型(第三章)。在此基础上,研制了一个柴油机转速控制数字仿真系 统,用于控制结构试验模拟和参数调整(第四章),并提出调节PID参数的三维 模糊规则模型和控制器的改进算法(第五章)。在对模糊规则的仿真试验和调整 的基础上,得到了实际用于模糊控制器软件设计的控制规则(第六章)。为了提 高控制器模糊推理速度,在中科院计算所“863”科研成果模糊控制芯片F100 的基础上,研究了采用硬件芯片的设计方案,并将F100应用于柴油机模糊控制 系统的设计中(第七章)。 试验结果证明,用模糊控制器和PID控制器复合实现的柴油机智能控制系 统,通过PID参数在线自适应调节,在动态工况下和多输入/多输出(MIMO) 状态时提高了系统的控制质量,其控制效果在稳态精度时和PID控制器相同, 动态精度优于PID控制器,在带载条件下能够改善动态响应,解决了柴油机控 制参数的在线实时调解和动态调节超调时间过长这两个问题。 在研究中得出的结论是:使用模糊控制器和PID控制器构成的递阶控制结 构,可以实现PID参数的在线实时调节,解决机车柴油机调速动态过程超调时 间过长的问题。在柴油机控制中,使用模糊控制的优点是可以实现控制过程的平 滑过渡,并且不需要精确数学模型。而且,使用模糊控制器和PID控制器的复 合控制系统,为提高柴油机燃油经济性而将采用的实时多目标控制(如载荷控制、 废气增压流量、油温和水温控制等等)和恒功率运行提供了一个可行的解决方案。 大连理工大学博士学位论文 和其它控制理论方法比较,模糊智能控制方法更实用化和适合工程使用。


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