燃气发动机空燃比控制系统研究与开发

论文摘要

本文首先分析了燃气发动机及其空燃比控制技术的发展背景和意义,介绍了燃气发动机及其空燃比控制技术的发展现状,针对燃气发动机空燃比控制方面存在的问题,提出了本文的主要研究内容。论文研究了8300型气体发动机及煤层气的特点,提出了基于CMAC神经网络和PID并行控制的燃气发动机空燃比控制系统的总体设计方案,并通过Simulink仿真分析,证明了该方案的可行性。文中详细介绍了硬件的设计方案及其工作原理,包括可编程控制器(PLC)及其扩展模块的选型、传感器的选择、步进电机及驱动器的选择、信号采集与处理电路、步进电机驱动电路、键盘电路、报警电路、显示电路及电源电路等;同时详细介绍了软件的设计及实现方法,包括主程序、初始化子程序、数据采集模块、高速计数器(HSC)子程序、脉冲串(PTO)子程序、显示模块、报警模块、按键操作模块及空燃比控制模块等。在系统的研究开发过程中,考虑到外界干扰因素的影响,在硬件和软件的设计中采取了有效的抗干扰措施。最后对设计好的控制系统进行了调试,包括系统的硬件调试、软件调试及现场联机调试。该系统实现了燃气发动机空燃比的自动控制,同时能够监视发动机的运行状况,在机器出现故障时能及时报警。调试结果表明所开发的空燃比控制系统达到了预期的目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及其研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 气体燃料发动机的国内外研究状况
• 1.2.2 发动机空燃比控制技术的国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 燃气发动机空燃比控制系统总体设计方案及控制策略研究
• 2.1 8300型气体发动机简介
• 2.2 空燃比控制系统设计方案
• 2.2.1 控制系统作用
• 2.2.2 控制系统的设计方案
• 2.3 控制系统的控制策略研究
• 2.3.1 PID控制概述
• 2.3.2 CMAC神经网络
• 2.3.3 CMAC神经网络与PID并行控制
• 2.3.4 控制策略及仿真
• 2.4 本章小结
• 第三章 燃气发动机空燃比控制系统硬件设计
• 3.1 控制器的选择
• 3.2 传感器的选择
• 3.2.1 压力传感器
• 3.2.2 转速传感器
• 3.2.3 甲烷传感器
• 3.2.4 氧传感器
• 3.2.5 电位器式位移传感器
• 3.2.6 热电偶
• 3.3 步进电机及驱动器的选择
• 3.3.1 5700系列混合式直线步进电机
• 3.3.2 M542驱动器
• 3.4 硬件电路设计
• 3.4.1 输入信号调理电路
• 3.4.2 发动机转速测量电路
• 3.4.3 步进电机驱动电路
• 3.4.4 键盘电路
• 3.4.5 报警电路
• 3.4.6 显示电路
• 3.4.7 电源电路
• 3.5 硬件抗干扰设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 燃气发动机空燃比控制系统软件设计
• 4.1 开发环境简介
• 4.1.1 编程软件的功能
• 4.1.2 项目的组成
• 4.1.3 程序的编写与传送
• 4.1.4 用编程软件监视与调试程序
• 4.2 控制系统资源分配
• 4.2.1 输入输出信号资源分配
• 4.2.2 数据存储器资源分配
• 4.3 控制系统软件设计
• 4.3.1 主程序
• 4.3.2 初始化子程序
• 4.3.3 数据采集模块
• 4.3.4 高速计数器（HSC）子程序
• 4.3.5 脉冲串（PTO）子程序
• 4.3.6 显示模块
• 4.3.7 报警模块
• 4.3.8 功能按键操作模块
• 4.3.9 空燃比控制模块
• 4.4 软件抗干扰设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 燃气发动机空燃比控制系统的调试
• 5.1 调试的作用
• 5.2 调试的方案
• 5.3 调试的设备
• 5.4 调试的过程
• 5.4.1 硬件调试
• 5.4.2 软件调试
• 5.4.3 联机调试
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参与的科研项目