基于單片機的船舶輔助鍋爐智能控制系統
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【論文摘要】根據船舶輔助鍋爐所存在的問題，設計一種智能控制器，并利用8032單片機實現鍋爐的智能控制，實驗證明該系統可顯著提高鍋爐控制性能。文中闡述了該系統的控制算法、結構、工作原理、硬件組成及軟件設計。

　　目前，國內多數船舶的機艙服務設備仍采用大量的繼電器、接觸器、時間繼電器組成，實現各種控制功能，它們的共同特點是線路復雜、可靠性差、有時容易出現誤動作，特別是觸頭氧化及鐵芯與銜鐵弄臟后的吸力不足，機械運動部件運動不靈活而出現被卡燒壞線圈等故障，給維護過程帶來極大不便，甚至會影響正常營運工作，而且，這種設備體積大、重量重、價格貴。因此采用先進的設計思想對船用控制系統進行全新設計尤為必要。

1　單片機智能輔助鍋爐控制系統原理

　　基于單片機的船舶輔助鍋爐控制系統的工作原理如圖1—1所示。系統的被控對象是鍋爐，執行機構是鍋爐的風、油門驅動電器，被控參數為鍋爐內的壓力，本系統利用壓力傳感器檢測鍋爐內的壓力，傳感器輸出的電信號經信號變換后送至單片機智能控制器，控制器根據此信號的大小，利用智能控制算法計算出輸出控制信號，經放大器放大后以調節風、油門的大小，從而控制鍋爐內的壓力。screen.width-500){this.style.width=screen.width-500};"border=0>

2　智能控制器的設計

　　眾所周知，二階系統是工程上最常見而又最重要的一類系統，這一系統的形式代表了許許多多控制系統的動力學特征。正因為如此，經典控制理論將二階系統作為典型系統，并通過對二階系統階躍響應的過渡過程分析，定義了表示系統控制質量的一些特征量，其中以調節時間、最大超調量和穩態誤差3個特征量作為性能指標。但是，控制系統的動態過程是不斷變化的，以常規PID控制器控制，難以解決穩定性和準確性之間的矛盾，原因在于這種控制方式以不變的統一模式之間的矛盾，原因在于這種控制方式以不變的統一模式來處理變化多端的動態過程。
為了有效地模擬人的智能控制行為，并采用微機實現智能控制，在模糊控制中通常采用誤差e和誤差變化率Δe作為描述控制系統動態特征的輸入變量。根據船舶輔助鍋爐控制系統的特點，從誤差e和誤差變化率Δe這兩個基本的模糊控制變量出發，引出兩個特征變量e·Δe和Δe／e，利用這些信息設計智能控制器。

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2．1　利用e·Δe取值量是否大于0，可以描述系統動態過程誤差變化的趨勢
　　對于圖2—1所示典型二階系統階躍響應動態曲線可知，當e·Δe＜0時，如BC段和DE段，表明系統的動態過程正向著誤差減小的方向變化。當e·Δe＞0時，在AB段和CD段，表明系統的動態過程正向著誤差增大的方向變化。
　　在控制過程中，微機很容易識別en·Δen的符號，從而掌握系統動態過程的行為特征，以便更好地制訂下一步控制策略。
2．2　利用Δe／e描述系統動態過程中誤差變化的姿態
　　如圖2—1中A、C、E點的｜Δe／e｜較大，說明該點處的某一段，動態過程呈現誤差小而誤差變化率大，B、D點的｜Δe／e｜較小，說明該點處的某一段，動態過程呈現誤差大而誤差變化率小。將Δe／e和e·Δe聯合使用，可對動態過程作進一步的劃分。
　　2．2．1　如圖2—1OA段，e＞0，e·Δe＜0，實際值正不斷地接近設定值，若Δe＞a，（a為根據需要而確定的常數）表明實際值趨向設定值的強度較大，為防止過沖，應減小控制器的輸出。此時控制器的輸出U（k）為：

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　　k1、k2為大于0的系數。在OA段e（k）＞0，Δe／e＜0，而且在A點處｜Δe／e｜值最大，0點處｜Δe／e｜值最小，說明，輸入從0點上升到A點的過程中，U（k）先是增加，但越接近A點U（k）值增加越少，在靠近A點的某一段U（k）值開始逐漸減小，這樣可以防止被控系統動態過程由于慣性而產生較大的超調，適當選擇k1和k2的值，既有利于減小超調而又不致于影響上升時間。k2的作用在A點處最強。
2．2．2　如圖2—1AB段，e＜0，e·Δe＞0，實際值正不斷地遠離設定值，在A點處｜Δe／e｜最大，在B點處｜Δe／e｜最小，為了使系統盡快地進入穩定狀態，此時應減少控制器輸出：

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