基于盘式电机驱动的柴油机调速技术研究

论文摘要

随着当今社会环境污染和能源危机问题日益严重,人们对柴油机的经济性、有害排放、可靠性等提出了更高的要求,这就要求采用多种措施对柴油机进行高精度、全工况的优化控制。对于柴油机来说,传统的机械控制已经无法满足日益苛刻的要求。由于电控系统具有控制精度高、响应速度快、控制策略灵活、适应性强的特点,柴油机电控化成为现代柴油机技术发展的趋势。柴油机电子调速系统的执行机构是控制系统的重要组成部分。根据执行机构高效率、低功耗、大驱动能力、快速响应、安装空间等要求,选用为狭窄空间设计的盘式电机,其轴向结构紧凑、驱动能力大。本课题基于盘式电机设计了一种能对其进行精确、快速实时控制的数字化控制系统,通过电机调节柴油机油泵齿条位置,以达到控制柴油机转速的目的。根据柴油机及盘式电机执行机构的工作原理,应用Matlab/Simulink建立整个调速系统的模型。针对传统PID控制算法存在的不足,对其进行了改进,将模糊控制适应性强和PID控制稳态误差小等优点结合起来,提出了适合本系统的模糊-PID切换控制算法,该算法取代传统的PID控制器用以改善无刷电机控制的动态和稳态性能。本课题以TMS320F2812为核心,完成了控制系统的软硬件设计,包括盘式电机执行器的驱动电路,电机的速度、电流、位置等信号采集电路,柴油机的转速采集及给定电路、保护电路等。为提高系统的可移植性和实时性,采用模块化设计思想等完成了系统软件设计。本课题对各功能子模块及驱动控制模块进行了测试试验,运用Matlab/Simulink平台及CCS软件对控制系统进行了仿真实验与模拟试验。结果表明,实验波形与理论分析基本一致,一定程度上证明了此控制系统的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 不同执行机构在柴油机调速系统中的应用情况
• 1.3 无刷电机技术在国内外发展应用情况
• 1.4 本文所做的工作
• 第2章 系统总体设计方案
• 2.1 总体方案的技术要求
• 2.2 执行器的选择
• 2.3 微处理器的选择
• 2.4 硬件电路总体设计
• 2.5 软件系统总体设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 系统数学模型的建立及仿真
• 3.1 无刷直流电机的工作原理
• 3.2 无刷直流电机模型的建立
• 3.3 柴油机模型的建立
• 3.3.1 供油及其滞后模块
• v模块'>3.3.2 充气效率η_v模块
• 3.3.3 气体流量模块
• ?模块'>3.3.4 指示热效率η_?模块
• 3.3.5 Engine模块
• 3.4 系统控制策略研究与设计
• 3.5 仿真结果分析比较
• 3.5.1 电机起动测试
• 3.5.2 电机位置跟踪响应测试
• 3.5.3 电机抗干扰测试
• 3.5.4 柴油机空载起动实验
• 3.5.5 柴油机突加、突卸负荷实验
• 3.6 本章小结
• 第4章 硬件设计
• 4.1 DSP最小系统
• 4.2 无刷电机相关电路
• 4.2.1 驱动电路
• 4.2.2 电流采集检测电路
• 4.2.3 位置检测电路
• 4.3 柴油机转速检测电路
• 4.4 柴油机转速给定电路
• 4.5 保护电路
• 4.5.1 转速保护电路
• 4.5.2 电压保护电路
• 4.5.3 过流保护电路
• 4.5.4 掉电保护电路
• 4.6 电源电路
• 4.7 印刷电路板设计
• 4.7.1 PCB设计原则
• 4.7.2 印刷电路板
• 4.8 本章小结
• 第5章 软件设计
• 5.1 主程序
• 5.2 各中断子程序
• 5.2.1 转速检测子程序
• 5.2.2 ADC采样子程序
• 5.2.3 电机位置捕获子程序
• 5.2.4 故障保护子程序
• 5.3 PWM调制及换相
• 5.4 控制算法
• 5.5 本章小结
• 第6章 系统试验与调试分析
• 6.1 硬件调试
• 6.2 软件调试
• 6.3 实验结果分析
• 6.3.1 静态调试
• 6.3.2 动态调试
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录