单片机的船舶辅助锅炉智能控制系统.docx

基于单片机的船舶辅助锅炉智能控制系统目前国内多数船舶的机舱服务设备仍采用大量的继电器、接触器、时间继电器组成实现各种控制功能它们的共同特点是线路复杂、可靠性差、有时容易出现误动作特别是触头氧化及铁芯与衔铁弄脏后的吸力不足机械运动部件运动不灵活而出现被卡烧坏线圈等故障给维护过程带来极大不便甚至会影响正常营运工作而且这种设备体积大、重量重、价格贵。因此采用先进的设计思想对船用控制系统进行全新设计尤为必要。1单片机智能辅助锅炉控制系统原理基于单片机的船舶辅助锅炉控制系统的工作原理如图1—1所示。系统的被控对象是锅炉执行机构是锅炉的风、油门驱动电器被控参数为锅炉内的压力本系统利用压力传感器检测锅炉内的压力传感器输出的电信号经信号变换后送至单片机智能控制器控制器根据此信号的大小利用智能控制算法计算出输出控制信号经放大器放大后以调节风、油门的大小从而控制锅炉内的压力。2智能控制器的设计众所周知二阶系统是工程上最常见而又最重要的一类系统这一系统的形式代表了许许多多控制系统的动力学特征。正因为如此经典控制理论将二阶系统作为典型系统并通过对二阶系统阶跃响应的过渡过程分析定义了表示系统控制质量的一些特征量其中以调节时间、最大超调量和稳态误差3个特征量作为性能指标。但是控制系统的动态过程是不断变化的以常规PID控制器控制难以解决稳定性和准确性之间的矛盾原因在于这种控制方式以不变的统一模式之间的矛盾原因在于这种控制方式以不变的统一模式来处理变化多端的动态过程。为了有效地模拟人的智能控制行为并采用微机实现智能控制在模糊控制中通常采用误差e和误差变化率Δe作为描述控制系统动态特征的输入变量。根据船舶辅助锅炉控制系统的特点从误差e和误差变化率Δe这两个基本的模糊控制变量出发引出两个特征变量e·Δe和Δe／e利用这些信息设计智能控制器。2．1利用e·Δe取值量是否大于0可以描述系统动态过程误差变化的趋势对于图2—1所示典型二阶系统阶跃响应动态曲线可知当e·Δe＜0时如BC段和DE段表明系统的动态过程正向着误差减小的方向变化。当e·Δe＞0时在AB段和CD段表明系统的动态过程正向着误差增大的方向变化。在控制过程中微机很容易识别en·Δen的符号从而掌握系统动态过程的行为特征以便更好地制订下一步控制策略。2．2利用Δe／e描述系统动态过程中误差变化的姿态如图2—1中A、C、E点的｜Δe／e｜较大说明该点处的某一段动态过程呈现误差小而误差变化率大B、D点的｜Δe／e｜较小说明该点处的某一段动态过程呈现误差大而误差变化率小。将Δe／e和e·Δe联合使用可对动态过程作进一步的划分。2．2．1如图2—1OA段e＞0e·Δe＜0实际值正不断地接近设定值若Δe＞a（a为根据需要而确定的常数）表明实际值趋向设定值的强度较大为防止过冲应减小控制器的输出。此时控制器的输出U（k）为：k1、k2为大于0的系数。在OA段e（k）＞0Δe／e＜0而且在A点处｜Δe／e｜值最大0点处｜Δe／e｜值最小说明输入从0点上升到A点的过程中U（k）先是增加但越接近A点U（k）值增加越少在靠近A点的某一段U（k）值开始逐渐减小这样可以防止被控系统动态过程由于惯性而产生较大的超调适当选择k1和k2的值既有利于减小超调而又不致于影响上升时间。k2的作用在A点处最强。2．2．2如图2—1AB段e＜0e·Δe＞0实际值正不断地远离设定值在A点处｜Δe／e｜最大在B点处｜Δe／e｜最小为了使系统尽快地进入稳定状态此时应减少控制器输出：式中：k3＞0；k4＜0；故k4的作用在A点处最强。2．2．3如图2—1BC段e＜0e·Δe＜0实际值正不断地接近设定值由于系统的惯性输出值经C点后并没有进入稳态而是到达D点故在C点附近应加大U（k）：式中：k5＞0；k6＜0；故k6的作用在C点处最强；2．2．4如图2—1CD段e·Δe＞0e＞0应增加控制器的输出。U（k）＝U（k－1）＋k7e（k）＋k8·Δe／e（2—4）式中：k7＞0；k8＞0；故k8的作用在C点处最强；上述各参数的在线整定很重要直接影响控制性能根据控制趋势应有k1＞k3＞k5＞k7≥0k2＞｜k4｜＞｜k6｜＞k8≥0若k2、k4、k6、k8为0则没有该项的控制作用。2．2．5当｜e｜≥emax偏差过大采用砰—砰控制输出控制量最大（或最小）尽快减小偏差即因为本控制系统的执行机构为电动阀门所以Umax对应的状态为阀门全开Umin对应的状态为阀门全关。2．2．6当｜e｜＜emin时偏差已达到允许范围控制量不变维持原状即智能控制算法流程图如图2—2所示。3智能控制器在8032单片机上的实现3．1硬件设计整个系统硬件电路由CPU及