船舶汽轮机智能控制分析

发布时间：2020-04-16

　　摘要：最近几年，我国的船舶制造行业获得了突飞猛进的发展，为人们的出行带来了极大的方便，与此同时，人们对船舶航行的稳定性、灵活性提出了越来越高的要求，这就使得传统的汽轮机控制系统已经无法满足人们的要求。如何创新设计出智能化程度高、控制精准的汽轮机控制系统，成为船舶制造企业需要解决的重要问题。因此结合船舶汽轮机控制系统的发展现状，对汽轮机的特点和工作原理展开全面细致地分析探讨，罗列了当前较为流行的控制系统，极大地推动了船舶汽轮机智能控制系统的理论研究进展，具有重要的理论意义和实践意义。

　　关键词：船舶汽轮机;智能控制;稳定性

　　汽轮机是船舶的核心装置，是推动传播完成航行任务的重要机构。但是当前的汽轮机控制方法都以PID控制系统为主，这种控制方法不仅控制结构复杂，效率低下，而且控制的准确性也得不到保障。为了有效提高船舶汽轮机的智能化控制水平，结合汽轮机的工作特点以及控制规律，对汽轮机的特点和工作原理展开简单地阐述分析，按照蒸汽的流动过程，对汽轮机的控制模块进行精准化细分，对汽轮机的智能化控制展开全面细致地分析探讨，对模糊神经网络控制系统、自适应鲁棒控制系统、在线预测控制系统等多种智能化控制方法进行分析探讨，为汽轮机的智能化控制提供了重要的理论指导。此外，由于船舶汽轮机的工况变化幅度非常大，诸如转速、蒸汽进气量等参数时刻都处于动态变化当中，这就使得传统的PID控制已经无法满足汽轮机的控制需求。所以将模糊神经网络控制系统与PID控制系统结合在一起，能够有效简化控制系统的结构，提高汽轮机的智能化控制水平。

　　1船舶汽轮机的特点

　　汽轮机是船舶的核心装置，主要是将蒸汽的热能转换成机械能，与传统的柴油机相比，汽轮机具有输出功率大、稳定性高、转速高、使用时间长等优势特点。由于汽轮机长期在海洋中工作，所以它与传统的电站汽轮机相比有着鲜明的特点，具体内容如下所示：

　　1.1满目螺旋桨的工作需求

　　汽轮机的核心职能是为船舶提供前进动力，推动船舶按照人们的需求以一定的速度和方向航行。因此汽轮机就需要遵循螺旋桨的旋转速率，满足螺旋桨的工作需求。船舶航行速度改变主要是通过调节螺旋桨的旋转速度而实现的。

　　1.2智能控制需求

　　船舶的航行速度和方向需要不停地变化，汽轮机不仅要有良好的稳定性，而且对汽轮机的智能化控制提出了很高的要求。这就需要在不同的工作环境下，对汽轮机的转速、方向、旋转功率进行智能、准确的控制。人们需要将信息技术、网络技术应用到汽轮机控制系统当中，实现对汽轮机的智能化控制需求。

　　1.3外形尺寸的限制特点

　　由于汽轮机是船舶的一部分，当汽轮机的外形尺寸、重量发生变化时，船舶的排水量和容积也会发生相应的变化，这就使得船舶的汽轮机无法与传统的电站汽轮机相提并论。正常情况下，人们会尽可能减小汽轮机的外形尺寸，降低汽轮机的重量，从而增大船舶的荷载能力，因此汽轮机的外形尺寸会受到一定的限制。

　　2船舶汽轮机的工作原理

　　船舶汽轮通常由高压缸、低压缸、齿轮减速机等几部分组成。锅炉中产生的蒸汽依次进入高压缸、低压缸，逐级进行膨胀作功，蒸汽会推动汽轮机转子作高速旋转，蒸汽中的部分热能会转变成气流动能，最终变成汽轮机中的机械能。在联轴器的作用下，汽轮机将动作传输给齿轮减速机，进而带动螺旋桨做旋转运动，船舶受到海水的反向作用力拥有了前进的动力。

　　在传统的汽轮机控制系统中，主汽轮机组的控制方法有两种：一种是改变进入汽轮机的蒸汽量;另一种是改变蒸汽参数。第一种是在蒸汽量不变的前提下，通过调节喷嘴阀来改变汽轮机中的蒸汽量，从而改变汽轮机的输出功率，这就是所谓的节流控制。第二种是改变锅炉的蒸汽流量，在提升船舶航行能力时，提高锅炉的蒸汽输出量;在船舶减速航行时，降低锅炉的蒸汽输出量，即所谓的进气量控制。但是这种控制方法的效率非常低下，调节时间比较长，汽轮机往往需要很长时间才能达到相应的调节目的，显然已经无法满足船舶的发展需求。因此创新设计一些智能化汽轮机控制系统就显得有为重要。

　　3船舶汽轮机的智能控制方法

　　截止到目前为止，船舶汽轮机的智能控制方法主要有三种，分别是模糊神经网络控制、在线预测函数控制、自适应鲁棒控制。具体内容如下所示：

　　3.1模糊神经网络智能控制系统

　　在传统的船舶汽轮机PID控制系统当中，由于汽轮机控制系统较为复杂，很多控制工作需要人工完成，导致汽轮机的控制效率非常低下，再加上船舶汽轮机组的强耦合性以及非线性特征，使得汽轮机的控制难度大大增加。可以将神经网络控制系统应用到汽轮机调节当中，对船舶动力系统展开精准化的调节控制。例如在船舶汽轮机的调速系统中，可以将神经网络控制与PID控制结合在一起，不仅能够提高动力系统的运行水平，还可以有效简化汽轮机的控制结构结构，大大提高汽轮机控制系统的智能化水平。

　　所以在以后的汽轮机控制系统当中，应该将模糊神经网络系统与PID控制结合在一起，形成优势互补的智能控制系统，不仅可以实现神经网络参数的初始化，而且能够有效降低神经控制系统的复杂性，根据汽轮机的实际工作状况，使得汽轮机能够对控制指令做出快速响应，提高船舶的灵活性和稳定性

　　3.2在线预测函数控制

　　在线预测函数控制指的是在船舶汽轮机智能控制系统的基础上，构建一个独立的函数模型。该函数模型能够精准地模拟出汽轮机的运行模型，不仅解决了智能控制建模时的问题，而且能够根据船舶动力系统理论数据，预测出未来某一时间段的函数变化，进而实现汽轮机的快速调节与控制。在线预测函数控制系统以S-SVM理论为基础，构建了全新的数据模型，能够有效提高汽轮机各个功能的控制速度，简化了智能控制的计算量，能够实时控制汽轮机的工作状态。除此之外，在船舶汽轮机控制系统当中，在线预测函数控制系统发挥着不可忽视的职能作用，人们可以依据先进的信息技术和网络技术对在线预测函数控制系统进行优化更新，参考船舶汽轮机的运行状态，更新函数中的部分数据，加权处理重要的数据贡献，在数据响应的时间范围内，实现汽轮机的智能化控制水平，避免出现汽轮机失控的现象。

　　3.3自适应鲁棒控制

　　将自适应鲁棒控制系统应用到船舶汽轮机的控制当中，能够使水流、转速等参数实现精准的工况调节，这种调节控制方法能够有效降低控制系统的误差，避免由于其它因素带来的干扰。除此之外，在自适应鲁棒控制系统当中，能够利用多尺度神经网络模型设计出相应的鲁棒性控制器，降低动力系统智能控制的建模难度，减少智能控制系统中的数据计算量。自适应鲁棒控制与传播动力系统智能控制结合在一起，具有控制结构简单、抗干扰能力强等诸多优势特点，得到了船舶制造公司的青睐。

　　因此，船舶制造公司可以根据实际情况，选择合适的智能控制系统，从而提高船舶汽轮机控制系统的稳定性、准确性和及时性，更好地满足船舶的运行需求，强化船舶动力系统智能控制的力度，从整体上提高船舶的运行水平。

　　结束语

　　汽轮机智能控制系统对船舶运行的稳定性和灵活性有着决定性的影响，而传统的PID控制系统存在诸多弊端和问题，所以在以后的发展过程中，应该根据船舶航行的实际需求，将模糊神经网络控制系统、在线预测函数模型控制系统、自适应鲁棒控制系统应用到汽轮机的控制工作当中，从而提高汽轮机控制系统的及时性和精确性，为船舶的稳定运行提供坚实的保障。

　　期刊推荐：《汽轮机技术》为专业技术性刊物。内容涉及汽轮机的实验研究、加工工艺、材料应用、安装调试、维护运行、设备改造等方面。读者对象为发电设备科研及工程技术人员、相关专业大专院校师生等，也可供力学、材料、能源等专业科研人员参考。