基于模糊免疫pid优化船用货油泵卸油的智能控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及货油累智能控制领域，尤其设及一种基于模糊免疫PID优化船用货油 累卸油的智能控制方法。
【背景技术】
[0002] 在货油累实际的使用过程中，往往希望原油的到岸流量和压力维持在一定的设定 值，运不仅能够加快卸货速度，提高船舶的营运效率;还可W保证输油管道的安全，防止漏 油事故的发生;更能将船员从操作者转变为监督者，减轻其工作强度。如何采用先进的控制 理论，最大效能的发挥流量调节阀和透平机的调节性能，用W达到对货油流量及压力的双 重控制。优化货油累卸油控制方法，提高货油累卸油效率，就成为了一个亟待解决的问题。
[0003] 目前，透平机调节使用最广泛的仍是典型的PID控制，运些控制器大都是在具有确 定参数的透平机模型的基础上设计的，当透平机远离运行点、参数不确定或运行参数变化 时，运些模型与实际系统会产生失配，使得系统难W达到设计时所希望的控制性能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提出一种基于模糊免疫控制的优化船用货油累卸油的智能控 制方法，通过控制器控制实现货油累卸油速率的稳定，提高货油累卸油效率。
[0005] 为达上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0006] 提供一种基于模糊免疫PID优化船用货油累卸油的智能控制方法，包括W下步骤：
[0007] 通过多组传感器获取检测信号，根据检测信号计算货油累的实际卸油速率，并与 所要求的卸油速率比较，得到卸油速率偏差EW及偏差量的变化率Ec;
[000引将卸油速率偏差EW及偏差量的变化率Ec作为控制器的输入，根据预设的模糊规 则一得到控制器调节参数AΚι、ΔKd;根据预设的模糊规则二得到非线性函数f(u(k)，ΔU 化)），模糊规则二中的控制规律为u化)=K(l-nf(u化），Au化)））e化），其中u化)为第k个采 样时刻，控制器的输出；e化)为第k个采样时刻给定值的偏差;K为控制反应速度;η为控制稳 定效果；
[0009] 通过控制器在线实时自适应调整控制器参数，得到：
[0010]
其中Kp、Ki、Kd为初始控制器参数，fi，fD为修正系数；
[0011] 根据计算的自适应调整控制器参数调整透平机转速和流量调节阀开度。
[0012] 本发明所述的方法中，在控制器在线实时自适应调整控制器参数之前，将控制器 参数Ki，Kd的初值设为0，ΚΡ置较小的初值，使系统能投入稳定运行;逐渐增大Κρ，直到系统出 现等幅振汤，即临界振汤，记录此时临界振汤增値Kpcrit和临界震汤周期Tpcrit;
[0013] 计算初始控制器参数：
[0014] Κρ= 0.服Pcrit
[0015]
田
[0016] KD=0.075KpcritTcrit
[0017]本发明所述的方法中，步骤"计算货油累的实际卸油速率'具体为:通过流量计检 巧峨油的流量Q，根据已知的管路内径D得到货油累的实际卸油速率v= 4Q/(地2)。
[0018]本发明所述的方法中，该方法还包括步骤：
[0019]在货油累启动工作W后，通过传感器检测货油溫度信号和压力信号，根据货油溫 度信号、压力信号W及货油种类，从预置的数据库中查找得到货油的动力粘度μΚ及货油的 密度Ρ;
[0020] 计算得到管道内货油流动时的雷诺数Re=DvpAi，根据雷诺数W及经验公式计算 摩擦系数λ;
[0021] 计算沿程阻力损失hf=ALv2/2Dg，其中L为流程，g为重力加速度；
[0022] 控制器根据沿程阻力损失的大小相应调节货油累的功率大小，W弥补维持货油输 送的能量损失。
[0023]本发明所述的方法中，步骤"根据雷诺数W及经验公式计算摩擦系数λ"具体如下：
[0024]当 1^< 2320时，入=64/1^;
[0025]当 2320<Re<4000 时，λ= 〇.3164/Κθ°'化；
[0026] 若管道光滑、洁净，则当4000<Re<l〇5时，人=〇.3164/1^〇'25;当1〇5沖6<1〇8时，入= 0.0056+0.5/ReD'32;
[0027]若管道粗糖，有沉积，则当 4000<Re<l〇6 时，A=0.0055[l+ (20e/D+lX10*VRe)i/3]; 当l〇6<Re时，
[002引λ= 0.0055+0.15Χ(ε/0)ι/3,其中D为管道内径，单位m，e为管道绝对粗糖度，单位 ΓΠ0
[0029]本发明所述的方法中，该方法还包括步骤：
[0030]检测气液分离器液面高度h，将其与气液分离器液面设定高度Η对比，若h偏小则调 小流量调节阀开度，真空累系统开始工作;若h偏大则调大流量调节阀开度，真空累系统停 止工作。
[0031]本发明产生的有益效果是:本发明结合免疫反馈机理和人工智能的控制思想，针 对透平机调速系统采用模糊免疫PID控制器进行控制，通过混浊优化技术对其参数进行优 化设计，避免设计过程中大量的参数调试工作，使系统获得最佳控制性能，实现货油累卸油 速率的稳定，提高货油累卸油效率。
【附图说明】
[0032]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0033]图1是本发明实施例货油累卸油控制框图。
[0034]图2是本发明实施例货油累卸油系统的模糊免疫PID仿真模型。
【具体实施方式】
[0035]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用w解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0036] 基于模糊免疫PID优化船用货油累卸油的智能控制方法，其特征在于控制模型采 用了双输入双输出。
[0037] 输入卸油速率的偏差量E和偏差量的变化率EcnRulesl模块的输入变量的模糊子 集分别为E、Ec，输出变量的模糊子集为ΔKI、AKD，模糊子集用负大，负中，负小，零，正小，正 中，正大屯个状态词描述，其模糊语言对应记为:NB，NM，NS，Z0，PS，PM，PB。隶属度函数均为 灵敏度强的Ξ角函数，论域为[-6,6]间的整数。Rulesl模块根据模糊经验，经修正建立模糊 规则表。
[0038] Rulesl模糊规则表
[0039]
[0041] Rules2模块控制中，应用免疫反馈机理设计如下控制规律：
[0042] u(k) =K(l-nf(u(k),Au(k)))e(k)
[0043] 其中u(k)为第k个采样时刻，控制器的输出；e化)为第k个采样时刻采样值与设定 值的偏差;K为控制反应速度，即控制器做出响应的速度，K增大，响应速度加快;η为控制稳 定效果，η增大，系统的超调量减少。合理地选择并调整Κ和η，使控制系统具有较快的响应速 度和较小的超调即可。f( ·)是关于U化），Au化)的非线性函数。
[0044] 在考虑到非线性函数f( ·)选取的困难性，本发明采用模糊逻辑推理来逼近非线 性函数f( ·)，从而利用模糊免疫反馈机理实时调整控制器的比例增益虹'。
[0045]模糊控制器的输入为免疫控制器的输出U化)和输出的变化Au化)的模糊量，分别 表示为正、零、负和正、负，其对应的模糊语言分别为P，Z，N和P，N;模糊控制器的输出为非线 性函数f( ·)的模糊量，表示为正、零和负，对应的模糊语言为P，N。该控制器的模糊推理规 则由李亚普诺夫稳定性定理来推导得出，用来保证非线性函数f( ·)逼近过程中系统的稳 定性。建立Rules2模块的模糊规则表。
[0046] Rules2模块模糊规则表
[0047]
[004引其中控制器的初始参数Kp，Ki，Kd的设定，根据经验W及仿真实验调整确定，使之能 够达到一个较好的调节效果。Kp，Ki，Kd具体确定方法运里采用了 216旨161-化油013方法，具 体过程如下。
[0049] 1)将Ki，Kd设为0，Kp置较小的值，使系统能投入稳定运行；