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

发布时间：2024-04-09 19:10

　　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...

【文章页数】：142 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
目录
第一章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 内燃机车柴油机电控技术国内外研究现状
    1.3 大功率机车柴油机电控系统的关键技术问题
    1.4 模糊控制理论用于柴油机和机车上的国内外研究情况
        1.4.1 智能控制与模糊控制基本理论的应用
        1.4.2 柴油机模糊控制国外的研究情况
        1.4.3 柴油机模糊控制国内的研究情况
    1.5 本文研究目标与应用前景
    1.6 本文工作的主要内容
第二章 模糊智能控制的基本理论与探讨
    2.1 模糊逻辑与模糊集合的基本概念
    2.2 模糊控制的基本原理与模糊函数逼近
        2.2.1 智能控制理论的本质
        2.2.2 模糊控制的基本原理
    2.3 用论域的压缩与平移来提高模糊控制器精度的改进算法
        2.3.1 改进算法的基本思想与特征量的选择
        2.3.2 论域压缩平移算法与模糊查表
        2.3.3 对称与非对称性论域的缩放与平移
        2.3.4 仿真结果
        2.3.5 结论
    2.4 确定模糊控制最少推理规则数量的原则[73]

        2.4.1 问题的提出
        2.4.2 确定推理规则最少数量的原则
        2.4.3 柴油机模糊PID参数调节器推理规则的三维模型
第三章 机车大功率柴油机系统辩识与试验建模
    3.1 柴油机控制的特点及建立数学模型的意义
    3.2 应用时域变周期采样的柴油机试验建模^[97]

        3.2.1 柴油机闭环条件下的可辨识性分析
        3.2.2 闭环条件下的辨识算法
        3.2.3 基于曲轴角度域的时域变周期采样
        3.2.4 工程应用实例和辨识试验结果
    3.3 柴油机伪随机信号在线辩识方法的探讨
    3.4 结论
第四章 柴油机控制系统数学模型与仿真系统的研究
    4.1 MATLAB语言和开发环境简介
    4.2 柴油机转速控制系统基本数学模型
    4.3 基于MATLAB/SIMULINK的数字控制器模型^[100]

        4.3.1 带有燃烧过程模型的发动机调速系统原型
        4.3.2 Z6135柴油机转速控制数字调速器仿真系统原型设计
        4.3.3 16V240ZA柴油机转速控制数字仿真系统原型设计
        4.3.4 仿真结果
    4.4 结论
第五章 机车柴油机模糊PID转速控制系统的研究
    5.1 柴油机自适应转数控制系统数学模型
        5.1.1 自适应控制调速系统的特点
        5.1.2 数字式电子调速器控制模块的结构分析
    5.2 PID参数自校正的意义与变增益调度
    5.3 基于软件查表法的柴油机模糊自校正PID控制器^[108]

        5.3.1 柴油机模糊自校正PID控制器
        5.3.2 模糊推理算法与模糊规则表
        5.3.3 PID的参数调整与模糊推理模块
    5.4 柴油机模糊智能控制器和改进算法^[109]

        5.4.1 问题的提出
        5.4.2 模糊微控制器(Fuzzy-MCU)的MCU多主结构
        5.4.3 模糊控制改进算法与4I30结构
        5.4.4 模糊智能控制器的软件结构
        5.4.5 试验结果分析
    5.5 自适应网络模糊推论系统(ANFIS)的应用研究
        5.5.1 在柴油机模糊控制器设计中的实际应用研究
        5.5.2 问题讨论
    5.6 结论
第六章 柴油机电子调速系统硬、软件设计与分析
    6.1 转速和位置反馈信号的测量
        6.1.1 瞬时转速与平均转速测量
        6.1.2 齿条位置反馈信号的改进
    6.2 串级回路变周期采样控制原理^[97]

        6.2.1 采样和控制周期的确定原则
        6.2.2 定周期控制周期的计算
        6.2.3 串级回路变周期采样控制原理
    6.3 “滞后率”的概念及其应用
    6.4 柴油机智能控制系统的硬件设计
        6.4.1 控制方案选择
        6.4.2 控制器硬件的功能模块设计
    6.5 智能控制系统模糊控制软件模块设计
        6.5.1 模糊控制软件模块
        6.5.2 辅助页面法在模糊软件编程中的应用
        6.5.3 模糊软件编程中的计算机辅助设计
    6.6 微控制器软件设计新方法的探讨
    6.7 结论
第七章 内燃机车大功率柴油机电控系统试验研究^[6]

    7.1 实车配机试验
        7.1.1 试验条件与试验台
        7.1.2 调速系统的离线调试
        7.1.3 柴油机模拟板在调试中的应用
        7.1.4 实车配机试验和结果分析
    7.2 仿真试验与分析
        7.2.1 仿真试验目的和主要内容
        7.2.2 模糊控制器仿真试验
        7.2.3 PID控制器仿真试验
        7.2.4 仿真试验结果分析
    7.3 柴油机电控系统的稳定性和可靠性分析
        7.3.1 调试中若干重要问题的讨论
        7.3.2 硬件抗干扰和可靠性措施研究
    7.4 试验结果与结论
第八章 结论
参考文献
作者在攻读博士学位期间发表的学术论文
创新点摘要
致谢
附录Ⅰ 模糊PID参数整定表
附录Ⅱ 试验现场等照片



本文编号：3949519