基于滑模控制的汽油发电机数字式电子调速器开发

摘要

调速器作为发动机转速控制的核心部件，能根据发动机负荷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传动挠性、惯性、摩擦阻尼大等固有缺陷，因此它在调速时必然存在瞬时调速率差和稳定时间长等缺点，已不能适应在发电机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时存在的固有缺陷，提高汽油发电机的自动化水平、可靠性和发电品质，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。
　　 本文首先分析了汽油发电机转速系统数学模型，重点对控制策略进行了仿真研究。并在此基础上进行了数字式电子调速器的软硬件设计，最后进行了配机试验。
　　 在对汽油发电机转速系统模型的分析中，首先通过对其稳态工况的分析得到了系统基本结构。为了得到精确的模型参数，搭建了模型辨识系统，应用阶跃响应法对汽油机稳态模型进行了分段辨识，由最小二乘法估算出了实际参数。由此得到分段稳态模型，结合汽油机在瞬态工况下的非线性特性，分析得出汽油发电机调速系统是一个非线性、时变的系统。
　　 由于滑模变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、物理实现简单的优点，本文基于滑模控制理论对调速系统控制器进行了设计。针对滑模控制中固有的抖振问题，提出采用准滑动模态方法削弱了抖振。在本系统中主要扰动因素为负载突变扰动，本文设计了负载扰动前馈控制器改善系统动态性能。最后在MATLAB/Simulink环境中对设计的控制器进行了仿真分析。
　　 文中给出了汽油发电机数字式电子调速器的软硬件设计过程及方法。在硬件设计中，除了基本的转速测量、执行器驱动、通讯、显示等电路的设计外，为了实现对负载扰动的测量，自主设计了负载电流测量电路。在软件设计中，采用模块设计方法分别设计了启动、怠速、转速测量、控制及停机处理等模块，不仅提高了调速性能，还优化了启动、怠速等运行工况。
　　 将设计的数字式电子调速器替换机械调速器在SDQF2-II型汽油发电机上进行的配机试验结果表明，数字式电子调速装置能很好地改善汽油机瞬态调速率和稳定调速率，缩短调节时间。整个调速器结构简单、成本低廉、可靠性高，具有一定的推广应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声 明

1 绪 论

2 汽油发电机工作原理与转速调节规律

3 汽油发电机模型研究

4 调速系统控制策略研究

5 数字式电子调速器硬件设计

6 数字式电子调速器软件设计

7 试验结果与分析

8 结论与展望

致 谢

参 考 文 献

附 录