论文摘要
调速器作为发动机的控制中心,能根据发动机负载变化情况自动地调节发动机循环供油量,保持发动机的转速稳定,从而保证发动机具有良好的工作性能。目前,小型汽油发电机组上的调速器普遍采用的是机械式调速器,由于机械调速器存在惯性滞后及摩擦阻力大等固有缺陷,因此它在调速时必然存在瞬时调速率和稳定调速率差、过渡时间长等缺点,已不能适应在发电机组中对汽油机转速稳定性日益提高的要求。为了解决机械调速器在调节发电机组时存在的固有缺陷,提高汽油发电机组的自动化水平、可靠性和汽油发电机组的发电品质,开发一种价格低廉、可靠性高、具有通用性和扩展性的数字式电子调速器具有非常重要的意义。本文在分析研究国内外有关电子调速器的基础分析方法及其研究状况的基础上,针对电子调速器在汽油机的过渡过程中,如何提高电子调速器的动态特性进行了研究。通过对汽油机自动调节过程的分析,得出装有数字电子调速器的汽油发电机组是一个一阶惯性环节与一个二阶欠阻尼环节的串联。分析了汽油机在过渡过程中转速变化与节气门开度变化之间的关系以及节气门的调节量对电子调速器的动态特性的影响。以三鼎汽油发电机（SDQF2-II）为研究对象,针对常规PID控制器所表现出的局限性,提出了一种模糊控制改进算法,对汽油机发电机电子调速器PID参数按调速系统过渡过程进行在线实时模糊自整定。仿真结果和汽油机调速性能试验表明,模糊自适应PID电子调速器改善了汽油发电机全工况条件下的动态响应,从而提高汽油发电机的发电质量,提高了系统的综合性能。本文给出了汽油发电机组数字电子调速器的软硬件设计过程与方法。本数字电子调速器依靠控制软件和硬件的共同作用来实现调节和控制功能的,使发电机组的转速在负载不断变化的情况下,能够自动调节汽油机节气门的开度,给汽油机提供适量的燃油,让汽油机稳定在额定的转速下运转,解决了机械调速器瞬时调速率和稳定调速率差、过渡时间长等缺点,具有很强的通用性和功能扩展能力。对不同型号的汽油发电机组,只要根据具体机型选用对应的控制参数,编制出相应的控制程序,就可以使用此数字电子调速器对其进行转速控制。在对SDQF2-II汽油机进行了大量试验后结果表明:在标定转速3000 rpm时,该电子调速器可以达到1.0%的稳态调速率和6.2%的瞬态调整率,优于国家标准的要求。整个调速器结构简单,成本较低,具有一定的推广应用价值。
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摘要ABSTRACT1 绪论1.1 问题的提出及研究的意义1.1.1 问题的提出1.1.2 研究的意义1.2 国内外的研究现状1.2.1 数字电子调速器的产生1.2.2 柴油机电子调速技术发展概况1.2.3 汽油机数字电子调速器的研究现状1.3 本文研究的目的和内容1.3.1 本文研究的目的1.3.2 本文所做的主要研究工作1.4 小结2 汽油机工作原理与转速调节规律2.1 汽油机的工作原理2.2 汽油机转速自动调节规律2.2.1 汽油机的工作特性2.2.2 带有电子调速器的汽油机模型研究2.2.3 汽油机的动态特性2.2.4 电子调速器调节的特点2.3 小结3 调速系统控制策略研究3.1 数字PID 控制3.1.1 数字PID 控制器原理3.1.2 本系统采用PID 控制方案3.2 模糊自适应PID 控制3.2.1 模糊控制技术的引入3.2.2 系统结构设计3.2.3 参数自整定思想3.2.4 模糊控制规则的设计3.2.5 确定变量论域和量化因子3.2.6 定义各状态的隶属函数3.2.7 计算模糊推理关系矩阵3.2.8 输出量的模糊判决3.2.9 输出预览3.3 调速系统仿真研究3.3.1 仿真曲线3.3.2 抗干扰特性比较3.3.3 控制效果比较3.4 小结4 汽油机电子调速系统电控单元设计4.1 电控单元设计任务的提出4.2 系统的组成4.3 数字单片机实现模糊控制4.4 转速反馈环节的设计4.4.1 转速测量原理4.4.2 转速测量实现4.4.3 转速信号的滤波处理4.5 执行机构4.5.1 常用执行元件及其特点4.5.2 本试验调速执行机构4.5.3 执行控制驱动电路4.6 小结5 汽油机调速系统的软件设计5.1 调速控制算法5.2 采样周期和控制周期的确定5.3 控制软件总体设计5.3.1 程序语言的选择5.3.2 程序软件的设计方法5.3.3 控制软件的功能要求5.4 软件结构5.4.1 主控程序5.4.2 启动程序5.4.3 控制程序5.4.4 数据采集中断程序5.4.5 通讯程序5.4.6 保护程序5.5 小结6 试验结果与分析6.1 试验条件6.2 稳态特性试验6.3 动态特性试验6.4 Fuzzy-PID 与 PID 控制效果的比较6.5 小结7 结论与展望7.1 全文总结7.2 本研究的新颖之处7.3 展望致谢参考文献附录
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