船舶汽轮机智能控制研究

宋 泽，姜 鑫，盛 杰，董 锐，刘延峰

（1.中国船舶重工集团有限公司第七〇三研究所，哈尔滨 150078：2.国网黑龙江省电力有限公司哈尔滨供电公司，哈尔滨 150016：3.哈尔滨供电公司道里供电支公司群力所，哈尔滨 150000）

作者简介： 宋泽，男，汉族，1988 年生，黑龙江鸡西人，工程师，硕士研究生，研究方向为汽轮机控制。

1 国内外船舶汽轮机发展历程

1.1 国外船舶汽轮机的发展

国外船舶汽轮机的发展研究要较早于国内。在很多世纪之前，国外就出现了很多不完善或是初具成型的机轮机原始形态。等到十九世纪末，整个世界上制造业的工业技术在不断的进步和提升，随之而来的就是汽轮机的诞生。第一台用于工业的汽轮机，是由瑞典的工程师发明的冲动式汽轮机。在这之后由英国工程师制造了反动式汽轮机。随着时代的发展，到了今天，汽轮机已经成为了各个工业领域必不可少的一部分。汽轮机不仅广泛的运用在各个领域，还取得了很大的发展和改进。

1.2 我国船舶汽轮机的发展

相对于外国而言，我国的船舶汽轮机的研发起步较晚。在我国解放以前，船舶动力机制主要以复蒸汽机为主。使用的少数汽轮机动力装置的船舶都是花高价从国外订购而来。我国从二十世纪到如今的船舶蒸汽动力研发历程，可以大致的分为三个阶段。

1.2.1 建国初期到上个世纪五十年代中期

我国在这个时期，经济发展力与科技研发水平都处于较低迷的状态。在这一阶段中，我国使用的船舶主要都是从前苏联购买使用。

1.2.2 二十世纪中期五十年到到六十年代

短暂的时间中，我国正在飞速的发展，经济水平与科技水平都在不断的上升。我国在前苏联购置了一批蒸汽动力装置后，由上海的汽轮机厂进行蒸汽动力装置的仿制工作，并于1956年试制成功。

1.2.3 二十世纪六十年代至今

在这段时间，我国的各项指标快速增长，经济实力与科技水平的飞速发展。我国也研发出来一些良好的成果。六十年代，我国自行设计制造了锅炉动力装置的汽轮车。1970年，我国在哈尔滨汽轮机场试制汽轮机成功，性能良好，逐步投入批量生产。1972年，我国开始测量保障船的研制，以汽轮机作为动力装置，其设计制造工作最终由汽轮机厂完成。

1.3 简单概括

总的来说随着我国经济水平与科技、工业水平的飞速发展。虽然我国的船舶动力装置的研究起步较晚于其他国家，但是我国的发展潜力无可估量。现如今，蒸汽动力装置也成为了我国大型船舶的主要推进动力装置。

2 目前国能计算智能控制的国内现状

随着信息通讯与计算机网络技术的快速发展，计算机的普及度于应用程度越来越广泛。计算机也开始大批量的出现在人们的生活中与工作中。近些年，在计算机研究的大力支持下，新发展起来的软技术科学，在数据分析与处理能力方面都有着超强的手段，能够应用于智能控制、非线性系统等领域。

3 船舶汽轮机的特点与控制系统

3.1 船舶汽轮机特点

3.1.1 其螺旋桨服从工作规律

在海上进行航水任务，需要根据航行需要进行速度控制与方向控制。因此，需要汽轮机带动螺旋桨进行宣战的同时对东船舶定向航行。

3.1.2 控制系统的要求

因为海上任务各类状况的突发性较强，需要有汽轮机强力的稳定性与超强度控制性支撑，这样才能保证在负荷变化范围大的正常运行。

3.1.3 其重量尺寸限制

由于船舶需要在海上航行，是一个会移动的装置。因此，其本身设备的装置就会受到限制。考虑到排水量与排水容积等因素限制，需要控制船舶汽轮机的重量与尺寸。

3.2 汽轮机的控制系统

根据汽轮机各个系统的功能不同，可以把船舶的汽轮机氛围主汽轮机系统，负责提供船舶前进的主推力；辅助汽轮机系统负责能源得到供应。

4 船舶汽轮机控制器研究

4.1 粗糙集理论的提出

这是一种分析数据信息的数字工具，在对这类工具的使用中能够快速的发现数据中的不完备信息，并从中提取规则，挖掘隐含的知识。结合对船舶汽轮机系统的研究，对粗糙集理论的数据信息进行利用挖掘，从而实现船舶动力系统的智能控制。

4.2 建立粗糙集的模糊神经网络

随着信息时代的到来，计算机成为了家家必备的“电器”，计算机技术也得到快速的普及和广泛的应用。建立粗糙集的模糊神经网络，对处理数据的方法进行完善和发展，增强数据的处理能力及分析能力。

4.3 建立粗糙T-S 模糊神经网络

智能控制领域内有两个重要的分支：模糊理论和神经网络的控制策略，将两者结合，取长补短，从而构成一种新的模糊神经网络，用以模拟脑的智能思维系统。

5.4 粗糙集船舶汽轮机模糊神经网络控制器的设计

针对以上出现的船舶轮机控制系统在融合使用中的发现，其调速系统存在着超高的控制难点。因此，需要将上述的粗糙集理论引入到粗糙集船舶汽轮机模糊神经网络控制器的设计智能知识库中去，对各种不确定的数据进行分析与处理，在此过程中构建出一种全新的智能控制系统。

6 对船舶汽轮机调速系统的控制仿真分析

6.1 对汽轮机调速系统进行建模

根据建模方法对汽轮机系统建立简化内部系统的简易模型，通过计算验证其运行规律，并在多种情况下进行测算，为进一步对汽轮机的智能控制研究方法做好准备。

6.2 分析船舶汽轮机控制的难点

由于船舶汽轮机控制系统的变化较为频繁，在海上运行中突发情况较多，且参数变化的幅度较大。要分析并针对船舶汽轮机控制的难点进行测算，逐渐实行只能控制。

6.3 确定外界的不确定因素干扰

在进行模型计算预演时，要充分的考虑到各类外界会导致的不确定因素干扰。针对此种情况，在船舶汽轮机控制器中加入自适应控制项与鲁棒控制项，增强系统的抗干扰能力。