摘 要

自动控制是无人参与的情况下使用控制器使生产过程自动的按照预定的方式运行。船舶机舱自动化是指船舶机舱动力装置及设备系统的控制，监测和管理自动化，使用各种自动化仪表及控制元件和逻辑元件以及计算机组成各种控制和监视系统，使其能够代替管理人员，对机舱中的运行设备进行自动控制，监视，显示，记录和报警以及对主要设备进行自动操作。自动化水平往往是衡量动力装置技术先进程度的重要依据。提高机舱设备的自动化控制效果对提高动力装置运行的可靠性，安全性和经济性，对降低船舶运营成本，改善轮机管理人员的工作条件及提高船舶技术管理水平都有很重要的意义。

本文详细分析了船舶机舱各个自动化控制系统，对其控制形式以及控制规律特点做了详细介绍，在此基础上研究了PID以及滑模变结构控制规律。

研究成果表明：通过设计在船舶柴油机燃油黏温控制系统中运用常规PID控制规律以及变结构控制规律，通过建模仿真得出他们的控制效果仿真图。仿真结果表明在柴油机燃油黏温控制系统中会滑模变结构控制较前者具有很好的控制效果。

本文的特色：在船舶柴油机燃油黏温控制系统中采用滑模变结构控制，并进行建模仿真，直观的得出其控制效果的优劣。

关键词：机舱自动化，PID控制，滑模变结构，燃油黏温控制

Abstract

Automatic control is the use of unattended automatic controller so that the production process runs in a predetermined manner. Ship engine room automation means to control the ship cabin and power plant equipment systems, monitoring and management automation, using a variety of automated instrumentation and control elements and logic elements and a computer system composed of a variety of control and monitoring, to enable them to replace the management of the cabin the operation of equipment for automatic control, monitor, display, record and alarm as well as the main device for automatic operation. The level of automation is often an important indicator to measure the degree of advanced power plant technology. Improving cabin equipment automation and control to improve the effect of the power plant operation reliability, safety and economy, ship operators to reduce costs, improve working conditions and to improve the management of marine vessels technical management level has very important significance.

In this paper, a detailed analysis of each ship engine room automation and control systems, as well as control of their control in the form of patterns, features introduced in detail, based on this study and the PID variable structure control law.

By design using conventional PID control law and variable structure control laws for marine diesel engine oil viscosity-temperature control systems, modeling and simulation results through their control effects simulation diagram. Simulation results show that the viscosity-temperature control system of diesel fuel will be variable structure control than the former has good control effect.

Features of this paper: the use of marine diesel engine fuel viscosity-temperature control system, variable structure control, modeling and simulation, visual effects come to the merits of their control.

Key words: Engine room automation，PID control，Sliding mode variable structure control , Fuel viscosity and temperature control

目 录

第1章 绪论 1

1.1选题的目的及意义 1

1.2国内外研究现状分析 1

1.3主要研究工作 2

1.4本章小结 2

第2章 船舶机舱自动控制系统 3

2.1冷却水温度控制系统 3

2.1.1电动式冷却水温度控制 3

2.1.2单片机式中央冷却水温度控制系统 4

2.2.单片机式分油机自动控制系统 5

2.3燃油黏温控制系统 5

2.3.1 单片机式燃油粘温控制系统 5

2.4 PLC式船舶辅锅炉自动控制系统 6

2.5 主机遥控系统 7

2.5.1主机遥控系统的组成 7

2.5.2主机遥控系统的不同控制方式 8

2.6本章小结 8

第3章 船舶机舱自动控制系统控制规律 9

3.1 PID作用规律 9

3.2冷却水温度自动控制系统控制规律 10

3.2.1电动式冷却水温度自动控制系统的PD调节规律 10

3.2.2单片机式 ENGARD中央冷却水温度控制系统的PI调节 11

3.3单片机式分油机的时序控制 12

3.4单片机式燃油黏温控制系统PI作用规律 13

3.5 PLC式辅锅炉自动控制规律 14

3.5.1辅锅炉燃烧时序控制 14

3.5.2货船辅锅炉水位的双位控制 14

3.5.3 油辅锅炉蒸汽压力自动控制的PI规律 14

3.6主机遥控系统 15

3.6本章小结 17

第4章 船舶柴油机燃油粘温系统控制规律比较 17

4.1滑模变结构控制原理 17

4.2 滑模变结构控制的特点 21

4.3 燃油温度控制系统的仿真 21

4.4 燃油温度PID控制的MATLAB仿真 23

4.5 燃油温度滑模控制的MATLAB仿真 25

4.6滑模变结构控制与PID控制的仿真结果比较 26

4.7本章小结 26

第5章 结论与展望 26

5.1主要研究成果 26

5.2后续研究展望 26

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1选题的目的及意义

在过去的几十年我国的航运业、造船业取得了举世瞩目的成就，从规模上而言，已经位居世界前列。然而随着经济危机以来，造船业面临产能过剩，船价回落，行业竞争加剧等问题，为了提高我国造船业在国际上的竞争力，赢得长足发展，在减少产能，降低成本的同时最重要的是在造船领域提高竞争力。提高船舶机舱自动化竞争力作为其中一个非常重要的方面，也广受行业的关注。使用并且推广机舱自动化装置的装船率的好处很明显，一方面能够减少能源的消耗，提升工作的效率；另一方面也能够缩减操作人员，同时降低操作人员的工作强度，保证船员身体健康和人生安全。机舱自动化系统即可在大中型民用客货仓使用，也能够装配于建造船舶以及军舰。就目前行业形式来看，提高机舱自动化系统的装船率其的前景十分可观。

船舶机舱中存在各种各样的设备，这些设备都运用了相应的控制系统。例如：柴油机冷却水温度控制系统，燃油粘温控制系统，锅炉水位、压力自动控制系统，锅炉燃烧时序控制系统，分油机自动控制系统，主机遥控系统等。控制系统采用了不同的如气动、电动和计算机等形式，也采用了不同的PD、PI等控制方法。

本文的主旨是为了适应我国船舶建造市场创新发展的巨大需求，基于对船舶机舱自动控制系统的控制方式研究分析，以及其控制规律的分析，包括用模糊控制、滑模变结构控制方法，最后通过根据部分实例的MATLAB仿真结果，得出当改变其控制方法后，控制效果变好的结论。

1.2国内外研究现状分析

船舶机舱自动控制系统一般使用比例积分（PI）以及比例微分（PD）以及例积分微分(PID)控制规律。PID控制器实用化以来已有50多年历史，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，现在其仍是使用率最高的控制器。然而在实际情况中，机舱自动控制系统大多存在非线性和时变，环境与控制对象之间没有明确的、能使数学形式，精确描述其关系，常规PID控制由于存在扰动以及被控对象变动的情况，所以其没有较好的鲁棒性。从八十年代开始，出现了很多比较先进的控制方式，其包括：鲁棒控制、模糊控制、滑模变结构控制等。这些控制方式，有些在深入研究的基础上，被证明为非常适用于现代工业控制系统。本文主旨是通过对机舱设备自动控制系统采用传统的PID控制算法与先进控制算法相比较，通过转换以及运算，获取参数，并设计其数学模型；在MATLAB语言环境下进行模型的仿真研究，最后得到较有效的控制方式。

1.3主要研究工作

船舶机舱中存在各种各样的设备，而这些设备都采用了相应的控制系统。例如柴油机冷却水温度控制系统，燃油粘温控制系统，锅炉水位、压力自动控制系统，锅炉燃烧时序控制系统，分油机自动控制系统，主机遥控系统等。控制系统采用了不同的如气动、电动和计算机等形式，也采用了不同的PD、PI以及较先进的模糊控制、滑模变结构及自适应控制方法。本文主旨是通过对机舱设备自动控制系统采用传统的PID控制算法与先进控制算法相比较，通过转换以及运算，获取参数，并设计其数学模型；在MATLAB语言环境下进行模型的仿真研究；最后得到较有效的控制方式。