FIQ-F-P协同MIMO控制系统以及控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种FIQ‑F‑P协同MIMO控制系统以及控制方法，控制系统包括：柴油发电机组公共母线频率检测器、每套柴油发电机组的状态检测装置、柴油机喷油量执行调节机构、数据采集终端、MIMO控制器和稳压电源。具有以下优点：(1)能够全面对公共母线状态和柴油发电机组的状态进行采集，从而实现对船舶电站工作状态的监控，保证船舶电站的安全稳定运行。(2)研制多套发电柴油机组FIQ‑F‑P协同MIMO控制算法和控制器，基于多台发电柴油机组的控制性能信息和状态变量之间存在的控制规律，实现多机多任务发电柴油机组并网的FIQ‑F‑P协同MIMO控制。

FIQ-F-P coordinated MIMO control system and control method

The invention provides a FIQ_F_P cooperative MIMO control system and a control method. The control system comprises a common bus frequency detector for a diesel generating set, a state detection device for each diesel generating set, a diesel fuel injection execution regulating mechanism, a data acquisition terminal, a MIMO controller and a stabilized power supply. It has the following advantages: (1) It can collect the state of the common bus and the state of the diesel generator set comprehensively, so as to realize the monitoring of the working state of the ship power station and ensure the safe and stable operation of the ship power station. (2) The FIQ_F_P coordinated MIMO control algorithm and controller for multi-generating diesel engines are developed. Based on the control performance information of multi-generating diesel engines and the control law between state variables, the FIQ_F_P coordinated MIMO control for multi-generating diesel engines connected to the grid is realized.

【技术实现步骤摘要】
FIQ-F-P协同MIMO控制系统以及控制方法
本专利技术属于船舶电站及自动化控制
，具体涉及一种FIQ-F-P协同MIMO控制系统以及控制方法。
技术介绍
船舶电站是船舶电力系统的重要组成部分，是产生连续供应全船电能的设备。保证船舶电站的安全稳定运行，具有重要意义。由于船舶电站包括多个发电机组，因此，当某台发电机组出现异常时，维护人员难以及时发现，从而影响了船舶电站的稳定可靠运行。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种FIQ-F-P协同MIMO控制系统以及控制方法，可有效解决上述问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种FIQ-F-P协同MIMO控制系统，包括：柴油发电机组公共母线频率检测器、每套柴油发电机组的状态检测装置、柴油机喷油量执行调节机构、数据采集终端、MIMO控制器和稳压电源；其中，所述每套柴油发电机组的状态检测装置包括柴油发电机组的速度检测传感器、柴油机输出轴扭矩传感器和柴油机油门位移传感器；所述柴油发电机组公共母线频率检测器、所述柴油发电机组的速度检测传感器、所述柴油机输出轴扭矩传感器和所述柴油机油门位移传感器的输出端均连接到所述数据采集终端的输入端口；所述数据采集终端的输出端口通过数据线连接到所述MIMO控制器的输入端口；所述MIMO控制器的输出端口连接到所述柴油机喷油量执行调节机构的控制调节端；所述稳压电源与所述数据采集终端连接。优选的，所述数据采集终端为以太网高速同步数据采集终端ENET9206和/或USB高速同步数据采集终端USB6229。优选的，所述柴油机喷油量执行调节机构包括两种类型，分别为柴油机喷油量执行调节机构Ⅰ型和柴油机喷油量执行调节机构Ⅱ型；所述柴油机喷油量执行调节机构Ⅰ型包括：直流无刷伺服电机和涡轮蜗杆传动机构；所述直流无刷伺服电机通过所述涡轮蜗杆传动机构与柴油机的喷油泵油门杆连接；所述柴油机喷油量执行调节机构Ⅱ型包括电子油门执行器；所述电子油门执行器与柴油机的喷油泵油门杆连接。本专利技术还提供一种基于FIQ-F-P协同MIMO控制系统的控制方法，包括以下步骤：步骤1，船舶电站并网运行n套柴油发电机组；对于每套柴油发电机组，构造由柴油发电机组系统状态变量构成的流形，并利用流形所包含状态变量的信息得到控制规律；其中，所述柴油发电机组系统状态变量包括速度检测传感器检测到的速度值、柴油机输出轴扭矩传感器检测到的柴油机输出轴扭矩值以及柴油机油门位移传感器检测到的柴油机油门位移值；步骤2，然后，基于所述控制规律，MIMO控制器协同对各套柴油发电机组的柴油机喷油量、柴油机频率和柴油机有功负荷进行协同调节，实现调油、调频和调载过程的平稳复合控制。本专利技术提供的FIQ-F-P协同MIMO控制系统以及控制方法具有以下优点：(1)能够全面对公共母线状态和柴油发电机组的状态进行采集，采集参数全面，从而实现对船舶电站工作状态的监控，保证船舶电站的安全稳定运行；此外，通过柴油机喷油量执行调节机构可快速调节柴油机工作状态，保证柴油机在最优状态下运行。(2)本专利技术针对两台及其以上柴油发电机(DG)组成的船舶电站系统，研制多套发电柴油机组FIQ-F-P协同MIMO控制算法和控制器，基于多台发电柴油机组的控制性能信息和状态变量之间存在的控制规律，实现多机多任务发电柴油机组并网的FIQ-F-P协同MIMO控制。附图说明图1为本专利技术提供的FIQ-F-P协同MIMO控制系统的整体结构示意图；图2为本专利技术提供的船舶电站FIQ-F-P协同MIMO控制方法的流程图；图3为本专利技术提供的FIQ-F-P协同MIMO控制的柴电机组起动逻辑流程图；图4为本专利技术提供的FIQ-F-P协同MIMO控制的柴电机组并网过程流程图；图5为本专利技术提供的FIQ-F-P协同MIMO控制的柴电机组闭环调节过程流程图。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种FIQ-F-P协同MIMO控制系统，实现船舶电站多台柴油发电机组的协同控制，参考图1，包括：包括：柴油发电机组公共母线频率检测器、每套柴油发电机组的状态检测装置、柴油机喷油量执行调节机构、数据采集终端、MIMO控制器和稳压电源；其中，所述每套柴油发电机组的状态检测装置包括柴油发电机组的速度检测传感器、柴油机输出轴扭矩传感器和柴油机油门位移传感器；所述柴油发电机组公共母线频率检测器、所述柴油发电机组的速度检测传感器、所述柴油机输出轴扭矩传感器和所述柴油机油门位移传感器的输出端均连接到所述数据采集终端的输入端口；所述数据采集终端的输出端口通过数据线连接到所述MIMO控制器的输入端口；所述MIMO控制器的输出端口连接到所述柴油机喷油量执行调节机构的控制调节端；所述稳压电源与所述数据采集终端连接。其中，数据采集终端为以太网高速同步数据采集终端ENET9206和/或USB高速同步数据采集终端USB6229。柴油机喷油量执行调节机构包括两种类型，分别为柴油机喷油量执行调节机构Ⅰ型和柴油机喷油量执行调节机构Ⅱ型；所述柴油机喷油量执行调节机构Ⅰ型包括：直流无刷伺服电机和涡轮蜗杆传动机构；所述直流无刷伺服电机通过所述涡轮蜗杆传动机构与柴油机的喷油泵油门杆连接；因此，直流无刷伺服电机转动涡轮蜗杆机构，将角位移变为线位移，推动柴油机的喷油泵油门杆，从而调节喷油量(FIQ)；也还进一步包括油门位移传感器(S)，油门位移传感器为VOLFA导电塑料位移传感器。所述柴油机喷油量执行调节机构Ⅱ型包括电子油门执行器；所述电子油门执行器与柴油机的喷油泵油门杆连接。具体的，电子油门执行器采用ADC225-24V电子油门执行器，电子油门执行器直接驱动柴油机的喷油泵油门杆，从而调节喷油量(FIQ)。因此，本专利技术能够全面对公共母线状态和柴油发电机组的状态进行采集，采集参数全面，从而实现对船舶电站工作状态的监控，保证船舶电站的安全稳定运行；此外，通过柴油机喷油量执行调节机构可快速调节柴油机工作状态，保证柴油机在最优状态下运行。作为一种具体示例，具体结合图1，FIQ-F-P协同MIMO控制系统采用网络化模块化设计、冗余结构、功能全面、通用性好，效率优化，可靠性高，整个系统组成如下：包括MIMO控制器，即PC，柴油机AE1到AEi，三相交流同步发电机G1到Gi，其中，柴油机和三相交流同步发电机组成船舶柴油发电机组，NI以太网高速同步数据采集终端ENNET9206，NIUSB高速同步数据采集终端USB-6299，稳压电源，母线频率检测器f0，柴油机速度传感器ω1到ωi，柴油机输出轴扭矩传感器T1到Ti，柴油机油门位移传感器S1到Si，柴油机喷油量L1到Li，自动空气断路器ACB1到ACBi，三相母线排、隔离开关、塑壳式开关MCB1到MCB，电力负载M1到Mi，USB数据通讯线、Ethernet数据通讯线。其中，船舶柴油发电机组为两套及其以上同容量或不同容量的柴油机直接驱动三相交流同步发电机组成，发电柴油机台数i≤6，柴油机的额定功率为P1，发电机的额定功率为P2，且P1>P2；额定电压Ue＝450V、额定频率fe＝60Hz，额定转速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种FIQ‑F‑P协同MIMO控制系统，其特征在于，包括：柴油发电机组公共母线频率检测器、每套柴油发电机组的状态检测装置、柴油机喷油量执行调节机构、数据采集终端、MIMO控制器和稳压电源；其中，所述每套柴油发电机组的状态检测装置包括柴油发电机组的速度检测传感器、柴油机输出轴扭矩传感器和柴油机油门位移传感器；所述柴油发电机组公共母线频率检测器、所述柴油发电机组的速度检测传感器、所述柴油机输出轴扭矩传感器和所述柴油机油门位移传感器的输出端均连接到所述数据采集终端的输入端口；所述数据采集终端的输出端口通过数据线连接到所述MIMO控制器的输入端口；所述MIMO控制器的输出端口连接到所述柴油机喷油量执行调节机构的控制调节端；所述稳压电源与所述数据采集终端连接。

【技术特征摘要】
1.一种FIQ-F-P协同MIMO控制系统，其特征在于，包括：柴油发电机组公共母线频率检测器、每套柴油发电机组的状态检测装置、柴油机喷油量执行调节机构、数据采集终端、MIMO控制器和稳压电源；其中，所述每套柴油发电机组的状态检测装置包括柴油发电机组的速度检测传感器、柴油机输出轴扭矩传感器和柴油机油门位移传感器；所述柴油发电机组公共母线频率检测器、所述柴油发电机组的速度检测传感器、所述柴油机输出轴扭矩传感器和所述柴油机油门位移传感器的输出端均连接到所述数据采集终端的输入端口；所述数据采集终端的输出端口通过数据线连接到所述MIMO控制器的输入端口；所述MIMO控制器的输出端口连接到所述柴油机喷油量执行调节机构的控制调节端；所述稳压电源与所述数据采集终端连接。2.根据权利要求1所述的FIQ-F-P协同MIMO控制系统，其特征在于，所述数据采集终端为以太网高速同步数据采集终端ENET9206和/或USB高速同步数据采集终端USB6229。3.根据权利要求1所述的FIQ-F-P协同MIMO控制系统，其特征在于，所述柴油机喷油...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊成，张桂臣，
申请(专利权)人：上海阜有海洋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31