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機坪管網(wǎng)供油自動控制系統(tǒng)智能化發(fā)展方向探究

文檔作者：文馨任晨昱文檔來源：中國航空油料有限責(zé)任公司甘肅分公司		更新日期： 2026年06月13日	點擊數(shù)：
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232
　綜述
引言
近年來，在國家的大力支持下，民航業(yè)高速發(fā)展，
機場設(shè)施設(shè)備的自動化水平日益升高。機坪管網(wǎng)供油鑒
于其操作方便，自動化程度高等特點逐漸成為各大機場
首選的供油方式。機場油庫航油供應(yīng)自動控制系統(tǒng)更是
成了機坪管網(wǎng)供油過程中最為關(guān)鍵的一環(huán)。機坪管網(wǎng)供
油系統(tǒng)的安全運行對于整個機坪穩(wěn)定運營至關(guān)重要，如
果機坪管網(wǎng)供油系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障，勢必會引發(fā)航班延
誤，給機場帶來不良的影響，因此保障機坪管網(wǎng)自動供
油控制系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行是保障航空運輸安全的必要
要求。機坪管網(wǎng)自動供油控制智能化水平的提高也將推
動機場現(xiàn)代化設(shè)備的發(fā)展，加快機場供油的效率、安
全、自動化程度等多個方面的大幅提升。
一、機坪管網(wǎng)供油自動控制系統(tǒng)的發(fā)展與分析
1.機坪管網(wǎng)恒壓供油的發(fā)展過程
由于航班量在各時段的不均勻分配，機坪管網(wǎng)供油
常處于動態(tài)變化中，這就要求機坪供油需求和油泵功率
輸出達(dá)到最大程度的吻合，因此，機坪供油管網(wǎng)壓力值
的穩(wěn)定程度就成了衡量油品供需差異大小的指標(biāo)。
最早實現(xiàn)恒壓供油的方式是節(jié)流調(diào)節(jié)法，通過改變
供油泵出口閥門的開度來實現(xiàn)出口流量的增減以保證供
油管線壓力的恒定。這種調(diào)節(jié)方式雖然簡便易行，但控
制過于粗糙導(dǎo)致油泵效率低下，且在管線壓力波動較大
的情況下頻繁調(diào)節(jié)閥門會對泵體傷害較大。為解決這一
矛盾，開始采用回流調(diào)節(jié)法來穩(wěn)壓，即通過調(diào)整旁通管
道上回流調(diào)節(jié)閥的開度，改變航空煤油從油泵排出口流
回管道的流量，進(jìn)而保持主管道的實際流量的穩(wěn)定。但
是在這種方式的調(diào)節(jié)下，會出現(xiàn)能量浪費和回流調(diào)節(jié)響
應(yīng)速度緩慢的問題，同時控制性能極大程度地受限于回
流調(diào)節(jié)閥本身的精度。近年來，隨著自動化水平的提
升，各大機場在升級改造的過程中開始使用變頻調(diào)速技
術(shù)，利用電機工作頻率和轉(zhuǎn)速的比例關(guān)系，通過調(diào)整頻
率實現(xiàn)恒壓供油。相對于以往的節(jié)流調(diào)節(jié)法和回流調(diào)節(jié)
法，變頻調(diào)速技術(shù)由于其柔性控制、安全系數(shù)高、響應(yīng)
速度快等優(yōu)勢，能夠最大程度地解決機場供油系統(tǒng)所面
臨的流量需求變化頻繁且劇烈的問題。
2.機坪管網(wǎng)自動供油控制的特點分析
以蘭州某機場為例，油庫自動供油系統(tǒng)采用控制器
輸出變頻器頻率進(jìn)而驅(qū)動油泵工作的方式，設(shè)置多臺變
頻器和多個油泵，每臺變頻器驅(qū)動相應(yīng)的油泵輪流工
作，實現(xiàn)機坪供油的穩(wěn)壓供油。每天的加油工作開始前
系統(tǒng)處于手動供油模式，手動調(diào)節(jié)油泵頻率使油泵在低
頻下安全試運行，確認(rèn)油泵運轉(zhuǎn)正常后，切換至自動加
油模式。在自動加油模式下，通過對特定的壓力采集點
進(jìn)行壓力數(shù)據(jù)采集，傳回控制器輸入端，控制器計算出
相應(yīng)的輸出頻率值自動驅(qū)動油泵進(jìn)行保壓。無加油作業(yè)
時保持壓力維持在穩(wěn)壓壓力值，當(dāng)機坪開始供油，管線
壓力值降低直至低于啟泵壓力值時，油泵啟動。當(dāng)機坪
用油量增加，第一臺油泵高頻運轉(zhuǎn)但管線壓力仍低于穩(wěn)壓
壓力值時，啟動第二臺油泵進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)。當(dāng)機坪用油
量較少，變頻器頻率降低至最小但管線壓力值仍然過高
時，第二臺泵機停止工作。通過對系統(tǒng)運行情況進(jìn)行分
析，可以總結(jié)出機場油庫自動供油系統(tǒng)具有以下特點：
（1）時滯特性
在機坪管網(wǎng)自動供油控制的過程中，壓力和流量數(shù)
據(jù)的傳輸存在一定的延遲，會導(dǎo)致管線壓力控制滯后，
這種隨機變化的時滯使得管線壓力波動劇烈，給自動供
油系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制帶來了巨大挑戰(zhàn)。
（2）干擾特性
在實際供油過程中，除了變頻器及泵機組本身的設(shè)
機坪管網(wǎng)供油自動控制系統(tǒng)智能化發(fā)展方向探究
文　馨　任晨昱　　中國航空油料有限責(zé)任公司甘肅分公司
【摘　要】隨著民航產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展壯大，機坪供油已成為機場運行保障中不可或缺的一項重要工作。而自動供油
控制系統(tǒng)作為機坪管網(wǎng)中的關(guān)鍵部件，其作用也尤為重要。傳統(tǒng)的控制算法需要依賴精確的對象模型，
且抗干擾能力差，自適應(yīng)能力弱，導(dǎo)致控制不精準(zhǔn)不平穩(wěn)，進(jìn)而導(dǎo)致供油效率較低，影響經(jīng)濟性能。基
于此，機坪管網(wǎng)供油自動控制系統(tǒng)的發(fā)展過程及特點進(jìn)行了介紹，并對智能控制領(lǐng)域的幾大算法及其在
機坪管網(wǎng)供油自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，闡述了未來機坪管網(wǎng)自動供油控制系統(tǒng)的智能化發(fā)展
的方向。
【關(guān)鍵詞】機坪管網(wǎng)供油；自動控制系統(tǒng)；智能控制
【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.15.078
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　綜述
備誤差外還會受到壓力測量的偏差、信號傳輸及外界環(huán)
境等干擾，這些干擾的出現(xiàn)對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度
帶來了極大的阻礙。
（3）不確定性
機坪管線在不同流量下具有不同的對象特征，這就
要求控制器能夠在供油工況不確定的情況下具有更強的
自適應(yīng)性和更加自主的控制能力，否則會造成控制效果
變差，嚴(yán)重時甚至造成控制器失效，從而給機坪管網(wǎng)供
油帶來重大的安全隱患。
由于上述特點的存在，很難對機坪管網(wǎng)自動供油控
制過程進(jìn)行精確模型的建立從而進(jìn)行精準(zhǔn)有效平穩(wěn)的控
制，且目前的控制算法智能化水平低，很難在復(fù)雜多變
的外部工況下滿足機坪管網(wǎng)供油所需的柔性控制。
二、智能控制算法在機坪管網(wǎng)自動供油控制過程中
的應(yīng)用探究
智能控制通常是人工智能的理論、運籌學(xué)的方法與
自動控制的技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。智能控制算法能夠適應(yīng)
不斷復(fù)雜變化的外部環(huán)境，同時不依賴于被控對象的精
確模型，根據(jù)外部環(huán)境自主處理信息，并且具有較強的
實時響應(yīng)能力和魯棒性，在自主度和控制性能方面，都
優(yōu)于傳統(tǒng)的控制方法。智能控制方法主要包括模糊控
制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、專家控制及機器學(xué)習(xí)等控制
方法。
1.模糊控制
模糊控制是以模糊語言變量、模糊集合理論和模糊
邏輯推理為基礎(chǔ)的一種智能控制算法。模糊控制首先通
過給定值與傳感器采集到的實際信號值得到偏差信號，
將其轉(zhuǎn)化為計算控制變量，用合適的隸屬度函數(shù)將輸入
信號模糊化處理處理成相應(yīng)的語言值，利用操作人員或
專家經(jīng)驗編制出合理的模糊控制規(guī)則，通過模糊規(guī)則進(jìn)
行模糊決策與推理，完成決策推理后將輸出信號進(jìn)行解
模糊化處理，經(jīng)再過A/D轉(zhuǎn)換后將輸出模擬量傳達(dá)給執(zhí)
行器。
模糊控制中模糊規(guī)則的建立和參數(shù)調(diào)整主要是依據(jù)
專家經(jīng)驗或設(shè)計者的反復(fù)實驗得出的知識集合，而在現(xiàn)
有的機坪管網(wǎng)自動供油控制系統(tǒng)中，原有系統(tǒng)中的壓
力，頻率等參數(shù)的變化及范圍已經(jīng)通過了大量的實驗和
驗證，通過對其進(jìn)行提煉、歸納和整理可以作為有效精
準(zhǔn)的模糊規(guī)則庫。
2.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是在控制系統(tǒng)中，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技
術(shù)，對難以精確建模的復(fù)雜非線性對象進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模
型辨識，或者作為控制器進(jìn)行優(yōu)化計算或推理的算法。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量的人工神經(jīng)元，根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)方式
互相連接而成的網(wǎng)絡(luò)，能夠以任意精度逼近復(fù)雜的非線
性函數(shù)。通過不斷修正神經(jīng)元之間的連接權(quán)重并離散地
存儲在連接網(wǎng)絡(luò)中，因而對難以建模的系統(tǒng)具有良好的
學(xué)習(xí)功能。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種模擬人腦神經(jīng)處理信息的技術(shù)，
具有較好的適應(yīng)性和處理速度，因此在機坪供油中的應(yīng)
用具有很大的發(fā)展前景。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對機坪供油過程
中的重要參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測和處理，并及時更新和反
饋，以滿足現(xiàn)代化機場高效、快速的供油需求。
3.遺傳算法
遺傳算法不需要先驗知識，是一類可以進(jìn)行復(fù)雜優(yōu)
化計算的魯棒搜索算法。通過采用自然進(jìn)化模型，來不
斷地選擇優(yōu)良個體，最終達(dá)到模擬達(dá)爾文進(jìn)化論的自然
選擇和遺傳學(xué)機理的生物進(jìn)化的目的。算法從一組隨機
產(chǎn)生的初始群體開始，根據(jù)所求解的具體問題設(shè)定種群
規(guī)模、終止條件等基本參數(shù)，接著計算初始種群中每一
個個體的適應(yīng)度函數(shù)，以此為依據(jù)選擇個體，并通過交
叉變異產(chǎn)生下一代種群，求解過程中，迭代次數(shù)逐漸增
加，目標(biāo)函數(shù)值逐漸趨于收斂，直到滿足終止條件。在
機坪管網(wǎng)自動供油的過程中，需要尋求最優(yōu)的變頻器頻
率來驅(qū)動油泵工作，通過遺傳算法可以對壓力、流量等
參數(shù)進(jìn)行自動計算和優(yōu)化，使得給每架飛機時流量與頻
率的數(shù)值更加合理，從而使得供油效率達(dá)到高效。
4.專家控制
專家控制是將專家系統(tǒng)的理論和技術(shù)通控制理論相
結(jié)合，在未知環(huán)境下，仿效專家經(jīng)驗進(jìn)行控制。專家控
制主體框架是知識庫、實時推理機和控制算法庫，通過
對系統(tǒng)的先驗經(jīng)驗、動態(tài)信息、目標(biāo)的獲取與組織，按
照某種策略及時地選用恰當(dāng)?shù)囊?guī)則進(jìn)行推理輸出，以實
現(xiàn)對實際對象的控制。專家控制算法是一種針對動態(tài)、
非線性、復(fù)雜系統(tǒng)的自適應(yīng)控制算法，因此在航班量在
各時段分配不均，機坪管網(wǎng)供油常處于動態(tài)變化中的復(fù)
雜工況下，專家控制能夠滿足這種動態(tài)的控制需要，另
外它要求在線工作方式，即在線獲取反饋信息，因此可
以提高機坪管網(wǎng)自動供油系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使得供油的
過程更加安全可靠。
5.強化學(xué)習(xí)
強化學(xué)習(xí)算法相較于其他機器學(xué)習(xí)算法普適性更
強，算法根據(jù)智能體與環(huán)境進(jìn)行不斷地試探性地交互，
從而獲得環(huán)境做出的獎勵或者懲罰的反饋，通過這些反
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饋，逐步修正當(dāng)前控制策略向最優(yōu)控制策略逼近，進(jìn)而找
出如何才能獲取外界對前動作的最好反饋。在不依賴于對
象精確模型的條件下，強化學(xué)習(xí)算法主要通過決策進(jìn)行
算法訓(xùn)練，利用大量訓(xùn)練的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法的自主優(yōu)化。
另外，鑒于機坪管網(wǎng)自動供油控制過程中每時每刻
都會產(chǎn)生并儲存大量的數(shù)據(jù)，在無法獲得過程精確模型
的情況下，強化學(xué)習(xí)可以利用數(shù)據(jù)經(jīng)驗，進(jìn)行供油量的
預(yù)測和計算，從而更好地合理控制的供油流量，降低供
油成本。
三、機坪管網(wǎng)自動供油控制系統(tǒng)的智能化發(fā)展方向
探究
傳統(tǒng)機坪管網(wǎng)自動供油控制系統(tǒng)中因控制算法智能
化水平不足，導(dǎo)致延遲較大，控制不精準(zhǔn)，供油效率較
低，進(jìn)而影響經(jīng)濟性能。隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)
用，能夠?qū)崿F(xiàn)對自動供油系統(tǒng)更加自主、精準(zhǔn)、平穩(wěn)的
控制，未來機坪管網(wǎng)自動供油控制系統(tǒng)的智能化發(fā)展方
向可以從以下幾個方面展開。
1.智能控制算法與傳統(tǒng)控制器組合
目前機坪管網(wǎng)自動供油控制系統(tǒng)中大多采用傳統(tǒng)控
制，為了能夠更加智能化地滿足多種復(fù)雜工況的要求，
可以將智能控制算法與原有的傳統(tǒng)控制相結(jié)合，形成模
糊自適應(yīng)PID算法，專家整定PID算法等，這樣可以在
微調(diào)控制器算法設(shè)計的情況下，對原有控制效果進(jìn)行改
善，且經(jīng)過改善的控制算法更加便于實際應(yīng)用。
2.多種智能控制算法交叉融合
智能控制算法中包含的幾大類算法具有共同的優(yōu)于
傳統(tǒng)控制算法的優(yōu)勢，同時也具有各自的優(yōu)化控制特點
和缺陷，多種智能控制算法經(jīng)過交叉融合后應(yīng)用在系統(tǒng)
中，更能全面改善系統(tǒng)的控制性能，也促進(jìn)了智能控制
算法朝著多元化方向發(fā)展。遺傳算法和模糊算法相結(jié)
合，利用遺傳算法來學(xué)習(xí)隸屬度函數(shù)，可以更好地改進(jìn)
模糊系統(tǒng)的性能。基于遺傳算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可用來調(diào)整
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)，也可用于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)
化設(shè)計。模糊強化學(xué)習(xí)算法則可以通過學(xué)習(xí)得到一個完
整的規(guī)則庫，從而為強化學(xué)習(xí)算法中策略訓(xùn)練提供更全
面的先驗知識。通過不同智能控制算法之間的取長補
短，更有利于提升機坪管網(wǎng)自動供油的控制效果。
3.控制器與變頻器雙智能控制調(diào)節(jié)
通過變頻器調(diào)節(jié)主要有兩種方式，一種是由控制器
進(jìn)行決策和運算，變頻器從輸入端口接收到的是控制提
供的頻率控制值，這樣的調(diào)節(jié)方式可以考慮在控制器中
設(shè)計智能控制算法。第二種是變頻器中內(nèi)置PID控制回
路，上級控制器只需要根據(jù)實際工況進(jìn)行變頻器啟停信
號的控制。這種調(diào)節(jié)方式下，可以對變頻器內(nèi)部的傳統(tǒng)
控制進(jìn)行智能控制優(yōu)化。
4.智能控制算法嵌入式編程
鑒于西門子系列PLC產(chǎn)品的體積小、功能強、可靠
性高等優(yōu)點，使其作為控制器在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，
目前各大機場的機坪管網(wǎng)自動供油控制系統(tǒng)中的控制器
也大多使用西門子系列PLC產(chǎn)品。然而部分智能控制算
法在計算求解過程中會涉及大量的參數(shù)和復(fù)雜的矩陣運
算，這給PLC編程和調(diào)試造成了極大的挑戰(zhàn)。但隨著PLC
功能的增強和擴展，可以將智能控制算法及逆行模塊化
編程嵌入PLC實現(xiàn)智能控制，以PLC為主體實現(xiàn)智能控
制，通過嵌入智能控制算法，加上通信能力的增強及人
機界面技術(shù)的應(yīng)用，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)將變得
切實可行。
四、總結(jié)與展望
智能控制技術(shù)在機坪管網(wǎng)自動供油控制系統(tǒng)中具有
重要意義。通過引入智能控制技術(shù)，機坪管網(wǎng)自動供油
控制系統(tǒng)能夠更好的對機坪管網(wǎng)壓力進(jìn)行平穩(wěn)可靠的控
制，最大限度地提高供油效率，讓機場供油服務(wù)更加快
捷和高效。同時智能化的控制模塊不僅能夠提高自控系
統(tǒng)的智能化水平，更能夠在加油過程中根據(jù)數(shù)據(jù)分析和
反饋實時調(diào)整流量和壓力值，最大程度地保證安全高效
供油。機坪管網(wǎng)自動供油控制系統(tǒng)的智能化發(fā)展不僅更
加符合現(xiàn)代社會智能化的要求，還推動供油系統(tǒng)向著智
能化管理和服務(wù)方向邁進(jìn)，為航空運輸提供堅實保障。
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