LR4105型柴油机数字式电子调速器的设计研究

论文摘要

日益严重的环境污染问题和能源危机,使人们对柴油机的经济性、排放标准、运行可靠性等方面都提出了越来越高的要求。对柴油机进行高精度、全工况的实时最优控制,是目前改善柴油机性能最有效的途径之一。开发高精度实时控制的柴油机电控系统自然成为人们研究的热点。随着单片机性能的日益提高,功能的日益强大,将高性能微控制器应用到柴油机调速系统中已成为柴油机调速技术研究的主流。本文以LR4105型柴油机为研究对象,以LPC2119微控制器为核心,设计开发了集调速、状态显示、控制参数优化为一体的数字式电子调速系统。通过对柴油机本体和调速系统进行建模仿真,研究了柴油机调速器的控制规律,并对模糊PID控制算法和串级PID控制算法进行了对比研究。仿真结果表明模糊PID控制算法加快了调速系统的响应速度,改善了调速系统的稳态性能。通过对调速系统进行调试实验,实现了对柴油机状态参数的采集显示和调速功能。利用dSPACE半物理仿真平台,联合控制器与柴油机仿真模型,对所开发的系统进行了模糊PID控制调试实验。实验结果表明调速系统功能良好,控制算法正确可行。本文所开发研究的数字式调速系统,为进一步提高柴油机的工作可靠性、优化控制算法的技术研究奠定了基础。并为柴油机电控系统高度智能化、获得更高的稳定性、普遍适用性和整体功能最优化的发展起到了积极作用。

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 国内外电子调速技术的发展现状
• 1.3 电子调速技术存在的问题和发展趋势
• 1.4 本人所做的工作
• 第2章 调速系统总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 电子调速器的组成和原理
• 2.3 总体方案的技术要求
• 2.4 调速器总体方案设计流程
• 2.5 传感器和执行器的选择
• 2.6 微控制器的选择
• 2.6.1 ARM微处理器
• 2.6.2 LPC2119简介
• 2.6.3 CAN总线
• 2.7 硬件电路总体设计
• 2.8 软件系统总体设计
• 2.9 本章小结
• 第3章 调速器硬件系统的设计
• 3.1 引言
• 3.2 最小系统模块设计
• 3.2.1 电源模块
• 3.2.2 复位电路
• 3.2.3 系统时钟电路
• 3.2.4 JTAG接口电路
• 3.3 模拟信号采集模块设计
• 3.3.1 运算放大器芯片的选型
• 3.3.2 温度信号
• 3.3.3 压力信号
• 3.3.4 齿条位置信号
• 3.3.5 转速信号
• 3.3.6 A/D转换
• 3.4 按键模块设计
• 3.5 液晶显示模块设计
• 3.6 PWM功率放大模块设计
• 3.7 串口通信电路设计
• 3.8 CAN通讯接口模块设计
• 3.9 硬件电路板设计
• 3.9.1 PCB板布局布线
• 3.9.2 系统工作环境
• 3.9.3 硬件系统电磁兼容性
• 3.9.4 硬件电路板图
• 3.10 本章小结
• 第4章 调速器软件系统的设计
• 4.1 引言
• 4.2 集成开发工具ADS1.2简介
• 4.2.1 程序的编辑和编译
• 4.2.2 调试工具AXD
• 4.3 转速信号采集程序设计
• 4.3.1 测周期法
• 4.3.2 测频率法
• 4.3.3 多周期同步法
• 4.4 A/D转换后数字信号的处理
• 4.5 转速控制算法程序设计
• 4.5.1 传统PID控制规律的介绍
• 4.5.2 控制对象模型的建立
• 4.5.3 串级PID控制算法
• 4.5.4 模糊PID控制算法
• 4.6 按键和液晶显示模块程序设计
• 4.7 主程序流程图
• 4.8 本章小结
• 第5章 系统的安装与调试
• 5.1 引言
• 5.2 电源模块的检测
• 5.3 模拟信号输入模块的调试实验
• 5.4 按键显示模块的调试
• 5.5 调速系统的仿真调试
• 5.6 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A 转速测量程序
• 附录B 按键显示模块程序
• 附录C SPI功能模块程序
• 附录D 串级PID算法程序
• 附录E PWM输出模块程序