摘 要

本文为了保证船舶柴油机可靠而又经济的运转，必须对柴油机的受热部件、增压空气、润滑油进行适当的冷却。船舶冷却水温度控制系统将冷却介质的温度控制在给定值范围内，可以避免冷却过度导致的柴油机经济性下降或者温度过高导致的冷却效果差。船舶冷却水温度控制系统调节器是控制系统方面很关键。研究冷却水温度控制必须要对控制算法分析。

论文主要分析了电动冷却水温度控制系统和计算机式的中央冷却水温度控制系统两者的工作原理、特点及控制算法和硬件实现方面的不同；然后以计算机形式的中央冷却水温度控制系统为例，改变其控制算法为滑模变结构控制，并做了相应的研究工作。基于MATLAB语言环境下进行模型仿真研究。

研究结果表明：验证了滑模变结构控制算法比PID控制有响应快速、良好的鲁棒性、超调变化小等诸多优点。

本文的特色：首次应用滑模变结构算法于冷却水温度控制系统，仿真建模。

关键词：冷却水温度；非线性系统；计算机仿真；单片机

Abstract

In order to ensure the reliability and economical operation of the marine diesel engine, That the heated parts of the diesel engine, the pressurized air and the lubricating oil must be properly cooled.Ship cooling water temperature control system control the temperature of the cooling medium within a given value range, Which can avoid the excessive cooling caused diesel engine economic decline or the high temperature caused the cooling effect poorly.The ship cooling water temperature control system is the key to control the system. Research on temperature control of cooling water is the first to analyze the control algorithm.

This paper first analyzes the electric cooling water temperature control system and the computer central cooling water temperature control system, where working principle and the characteristics including control algorithms and difference of hardware implementation. Taking the computer central cooling water temperature control system as an example, the control algorithm of the central cooling water temperature control system change into the sliding mode control and the corresponding research work need be done.

The research results show that the simulation model in the MATLAB language environment, verify the sliding mode variable structure control algorithm has the advantages of fast response, good robustness and small overshoot than PID control.

The characteristics of this paper: the first application of the sliding mode variable structure control in cooling water temperature control system, simulation and modeling .

Key words: cooling water temperature; nonlinear system;computer simulation; single chip microcomputer

目录

第1章 绪论 1

1.1 非线性控制理论 1

1.2 关于变结构控制的基本理论 2

1.3 柴油机冷却水温度控制系统的研究现状 3

1.4 本文的研究背景 3

1.5 本文的主要工作 3

第2章 冷却水温度PID控制系统 4

2.1 分析PID作用规律 4

2.2冷却水温度控制系统 5

2.3分析电动式和ENGARD调节器 5

2.3.1MR-Ⅱ电动PD调节 6

2.3.2单片机PI调节 7

2.4本章小结 8

第3章 冷却水温度控制系统的非线性模型建立 9

3.1柴油机冷却水温度实验过程及数据采集 9

3.1.1测温实验过程 9

3.1.2数据采集 9

3.2柴机冷却水温系统非线性模型的建立 10

3.2.1线性拟合 11

3.2.2二次拟合 12

3.2.3三角函数形式拟合 13

3.3本章小结 14

第4章 冷却水温变结构控制器设计及其仿真 15

4.1高阶常微分方程形式非线性系统 15

4.1.1高阶常微分方程构造 15

4.1.2滑模运动方程的求解 17

4.1.3滑模变结构控制求解 18

4.2线性简约型系统的变结构控制 18

4.3 冷却水温度计算机模拟仿真 20

4.4滑模变结构—PID控制比较 23

4.5本章小结 24

第5章 结论与展望 25

5.1主要研究成果和创新点 25

5.2后续研究展望 25

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪论

船舶冷却水系统是船舶柴油机动力装置的重要辅助系统之一。现阶段大型船舶大多采用中央冷却系统。而中小型船舶中仍然有相当的一部分采用传统闭式冷却。不管哪种形式的冷却系统，冷却水温度的高低对设备的正常工作都有直接影响，因此船舶冷却水温度的算法研究就尤为重要。

由于柴油机工况是一个繁琐的热传递与热交换的过程，建模过程中对它的方程描述就显得复杂。针对船舶冷却水温度惯性大、迟延特点明显，本文将它视为非线性系统来研究。

1.1 非线性控制理论

非线性特征为现代控制系统普遍拥有。有些控制系统非线性化是其本身对象 所固有的。非线性具有一般性，线性特征的系统为特殊情况下采用的。一般非线性化的系统用向量方程的微分形式描述^[1]：