船舶主机遥控的逻辑控制和转速的遗传算法PID控制

发布时间：2017-07-02 18:09

  本文关键词：船舶主机遥控的逻辑控制和转速的遗传算法PID控制

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【摘要】：本论文来源于上海市教委重点课题：船舶主柴油机自动控制系统建模与仿真研究，介绍了船舶主机遥控及仿真系统的结构功能以及发展过程，提出了利用SoC单片机C8051F020为主进行主机遥控及仿真系统的硬件电路设计。在充分利用单片机内在资源的情况下，结合HD7279A等接口芯片以简单的方式完成了仿真系统控制台的模拟面板上LED指示，控制按键，车钟，模拟仪表等大量的数字和模拟量的输入输出电路。同时提供了按键和LCD液晶来构成人机交互，完成控制系统参数的设定和显不。 根据SoC单片机完善的系统结构，提出了利用单片机硬件中断和软件中断来实现程序的多任务并行运行，完成模拟信号和数字信号的采集，处理和控制，来进行主机遥控系统的实时仿真。同时，单片机通过RS232串口和PC机通讯，将采集的信号和PC机的操作命令进行交换，共同构成完整的仿真系统设计。 本文介绍了微软公司提出的用于软件设计的.NET框架的内容和作用，并采用微软公司的Visual Basic.NET语言和Visual Studio.NET 2005的编程环境，设计了详细的用户仿真界面。同时用基于面对对象的方法设计了船舶的逻辑程序控制，包括换向逻辑控制、起动与制动逻辑控制、重复起动程序控制、重起动逻辑控制、慢转起动逻辑控制。 本文还研究了主机的转速控制系统，包括程序加减速，转速限制，转速与负荷控制，负荷限制，主机的模型和常规PID控制方法。由于在实船上常规PID控制得到了广泛的应用，而难点在于PID参数的整定，本文研究了PID参数自适应的方法，并运用遗传算法来进行PID参数的自整定，通过MATLAB仿真，证实了遗传算法不依赖于被控制对象的模型，特别在对复杂系统的PID参数整定上可以替代专家系统完成一部分的功能，在实际中具有一定的优越性。在实际的模拟器的程序运行，，采用MATLAB和Visual Basic.NET混合编程，在Visual Basic.NET的程序中调用MATLAB算法，完成整个系统实时可靠的软件运行。 根据本文设计的船舶主机遥控仿真系统将运用在上海海事大学轮机自动化实验室，将在教师的教学和学生的培训中发挥重要的作用。
【关键词】：SoC单片机 主机遥控仿真系统 逻辑程序控制 遗传算法 PID参数整定
【学位授予单位】：上海海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：U665
【目录】：

• 第1章 引言7-14
• 1.1 课题的背景及意义7
• 1.2 船舶轮机模拟器7
• 1.3 国内外研究动态及水平7-10
• 1.4 船舶主机自动控制系统简介10-11
• 1.5 前人所完成的工作11
• 1.6 本人所作的工作11-12
• 1.7 系统设计12-14
• 第2章 单片机系统设计14-24
• 2.1 单片机的选择14-15
• 2.2 输入输出系统的设计15-16
• 2.3 通讯电路设计16
• 2.4 系统结构16-17
• 2.5 系统初始化17-18
• 2.6 主程序18
• 2.7 硬件中断程序部分(HWI)18-20
• 2.7.1 中断源的设计18-19
• 2.7.2 定时中断19
• 2.7.3 串口中断、串口外设接口(SPI)中断19-20
• 2.7.4 ADC转换结束中断20
• 2.8 软件中断程序(SWI)20-24
• 2.8.1 通讯程序任务21-22
• 2.8.2 按键处理程序22
• 2.8.3 液晶显示控制22-24
• 第3章 主机操作的仿真界面和逻辑程序设计24-37
• 3.1 .NET框架介绍24-25
• 3.2 VB和VB.Net的主要区别25-27
• 3.3 VB转型到VB.NET的必然和必要性27
• 3.4 仿真界面设计27-29
• 3.5 主机操作部位及车钟系统设计29-30
• 3.5.1 机旁操作台与遥控操作的切换29-30
• 3.5.2 操纵地点的切换实现的编程及功能显示30
• 3.6 逻辑程序设计30-37
• 3.6.1 换向逻辑控制31-34
• 3.6.2 起动逻辑控制34
• 3.6.3 重复起动程序控制34-35
• 3.6.4 重起动逻辑控制35
• 3.6.5 慢转起动逻辑控制35-36
• 3.6.6 制动逻辑控制36-37
• 第4章 转速控制系统37-55
• 4.1 转速控制系统组成和功能37
• 4.2 程序加减速37-38
• 4.3 转速限制38-39
• 4.4 转速与负荷控制39-40
• 4.5 负荷限制40-42
• 4.6 船舶柴油主机系统数学模型42-49
• 4.7 柴油机转速数字PID控制49-51
• 4.8 PID调节器参数整定51-53
• 4.8.1 试凑法确定PID调节参数51-52
• 4.8.2 试验经验法确定PID参数52-53
• 4.9 仿真结果53-55
• 第5章 基于遗传算法整定的PID控制设计55-67
• 5.1 PID参数自整定发展现状55-56
• 5.2 遗传算法概述56
• 5.3 遗传算法应用设计56-62
• 5.4 标准遗传算法运算过程62
• 5.5 MATLAB仿真62-63
• 5.6 遗传算法整定和常规PID控制的比较63-65
• 5.7 自适应在线遗传算法整定的PID控制65-67
• 第6章 程序实现67-71
• 6.1 MATLAB和VB.NET混合编程67
• 6.2 使用Declare声明API67-69
• 6.3 使用DLLImport的API调用69
• 6.4 仿真软件实现69-71
• 第7章 结论与展望71-72
• 致谢72-73
• 攻读学位期间公开发表的论文73-74
• 参考文献74-76
• 附录：自适应在线遗传算法程序76-79

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李玉东;胡大斌;夏极;;自抗扰控制器在柴油机转速控制中的应用[J];舰船科学技术;2010年11期

2 丁培新;韩欢午;彭震宇;;主机遥控技术特点和自主创新发展的途径[J];科技风;2012年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 宋百玲;柴油机控制系统半物理仿真技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 韩学胜;船舶主机遥控仿真系统的设计与开发[D];大连海事大学;2007年

2 吴卓成;船舶主机遥控系统的研究与设计[D];浙江大学;2008年

3 朱伟;船舶中速柴油主机推进控制系统研究与设计[D];武汉理工大学;2010年

4 李沁生;船舶主柴油机转速智能PID控制算法研究[D];大连海事大学;2011年

5 蒋丁宇;基于PLC的主机遥控系统研究设计[D];大连海事大学;2011年

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本文编号：510961