[发明专利]基于滑模变结构控制的多输入非线性船舶水温控制系统

说明书

本发明公开了一种基于滑模变结构控制的多输入非线性船舶水温控制系统，包括双容水温模块和控制模块，双容水温模块包括套在一起的内筒和外筒、分别为内筒和外筒加水的电磁阀、为内筒加热的加热机构、收集外筒溢流水的溢流水箱以及分别检测内筒温度、外筒温度、电磁阀开度的传感器；控制模块以流体力学控制方程组为基础，结合双容水温模块的状态方程，建立基于滑模变结构控制的非线性的双容水温模块数学模型，控制模块在双容水温模块数学模型指导下通过调节加热机构和电磁阀的开度来控制内筒温度和外筒温度。该系统保证了温控的精确性，效率高，控制惯性小，延迟低。

技术领域

本发明属于船舶控制领域，具体涉及一种基于滑模变结构控制的多输入非线性船舶水 温控制系统。

背景技术

目前，船舶水温控制系统采用PID控制，超调量大、参数调节难、系统精度差、调节时间及上升时间长。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于滑模变结构控制的多输入非线性船舶水温控制系统，该 系统保证了温控的精确性，效率高，控制惯性小，延迟低。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于滑模变结构控制的多输入非线性船舶水温控制系统，包括双容水温模块和控 制模块，双容水温模块包括套在一起的内筒和外筒、分别为内筒和外筒加水的电磁阀、为 内筒加热的加热机构、收集外筒溢流水的溢流水箱以及分别检测内筒温度、外筒温度、电 磁阀开度的传感器；控制模块以流体力学控制方程组为基础，结合双容水温模块的状态方 程，建立基于滑模变结构控制的非线性的双容水温模块数学模型，控制模块在双容水温模 块数学模型指导下通过调节加热机构和电磁阀的开度来控制内筒温度和外筒温度。

双容水温模块数学模型的建立过程是：

根据双容水温模块的热交换过程，建立数学模型，

其中，c为水的比热容；m₁为内筒水的质量；m₂为外筒水的质量；T₁为内筒水的温度；T₂为内筒水的温度；Q₁为加热机构产生的热流量值，其大小与加热机构的输入信号u₁有关；F₁为内筒水的散热面积；F₂为外筒水的吸热面积；α₁为内筒对外筒的放热系数；α₂为外筒 对内筒的吸热系数；k₂为电磁阀开度与流入水量之间的系数，u₂为调节水阀的开度，取 值范围是0～1000；T₀为环境温度；为内筒水增加的热流量；α₁(T₁-T₂)F₁为内筒水通 过内筒容器内壁传出去的热流量；为外筒水增加的热流量；α₂(T₁-T₂)F₂为外筒水通过内 筒容器外壁吸收的热流量；ck₂u₂(T₂-T₀)为外筒溢出去的水带走的热流量，是一个非线性 项；

忽略直线拟合的误差，并取Q₁在数量上与u₁相等，则式(1)变为，

其中，k₁＝1，与式(1)相比，式(2)将Q₁项用简单的线性项k₁u₁进行代替；

将式(2)写为，

记

对式(3)的系统，取状态变量为，