基于嵌入式控制系统的柴油机电子调速器的设计与实现

摘要

近年来，海运需求持续增长，中国一跃成为世界造船大国。但是，我国的船舶工业配套设施并不完善，技术发展依然存在很多问题。电子调速器作为船舶主机遥控系统的重要部分，是人机交换的重要桥梁。同时，它还是柴油机自动调节系统的重要组成部分，是柴油机技术发展的关键。
　　本文依据《中华人民共和国船舶行业标准》和《钢质海船入级规范》等相关规定设计并实现了柴油机嵌入式电子调速器。本文选用ARM为核心处理器，Linux操作系统，实现了嵌入式Linux平台的搭建，为应用程序开发与运行做好基础支持。同时，电子调速器与主机遥控系统的其他部分之间的通信方式采用CAN总线双路完全冗余的通信方式，保证了通信的可靠性与实时性。在充分做好需求调研的基础上，本文设计并实现了柴油机电子调速器，主要包括设定转速限制，加减速限制，临界转速避让以及PID调速四个部分，同时设计启动转速限制模块。为了更好地对电子调速器的性能进行研究，本文对柴油机进行简单的数学建模，将其与电子调速器相连接，进行仿真实验，得到供油量和实际转速的仿真曲线。最后，本文对电子调速器进行测试，分为单元测试、集成测试、系统测试、验收测试以及回归测试五个部分，最终测试结果表明，本设计的嵌入式柴油机电子调速器程序结构严谨，接口数据通信流畅无误，并且文档资料完整，系统的可移植性、兼容性、错误恢复能力以及可维护性等方面性能良好，符合规范要求。
　　电子调速器是柴油机自动调节系统的重要部件，是机舱自动化重要的环节。电子调速器技术的研究与进步是我国船舶控制技术占领国际船舶市场的重要一环。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 调速器的历史与发展

1．3 主要研究内容

1．4 论文结构

第二章 关键技术介绍

2．1 嵌入式系统的基本概念

2．1．1 嵌入式系统的定义

2．1．2 嵌入式系统的结构及发展

2．1．3 嵌入式系统的结构

2．1．4 嵌入式系统的特点

2．2 嵌入式操作系统Linux简介

2．3 图形用户界面开发平台

2．4 系统硬件平台的介绍

2．5 CAN总线通信

2．5．1 物理结构

2．5．2 CAN的冗余

2．5．3 数据发送格式

2．6 小结

第三章 系统需求分析

3．1 系统功能需求

3．1．1 设定转速限制

3．1．2 加减速限制

3．1．3 临界转速避让

3．1．4 PID调速

3．1．5 燃油限值

3．2 系统非功能需求

3．3 小结

第四章 系统的总体设计

4．1 系统平台的建立

4．2 电子调速器的总体结构设计

4．3 通信设计

4．4 小结

第五章 电子调速器的实现

5．1 系统数学建模

5．1．1 调速环节建模

5．1．2 PID控制器及柴油机数学模型

5．2 系统的软件实现

5．2．1 调速环节的实现

5．2．2 PID控制环节的实现

5．2．3 人机交互主控界面的实现

5．3 移植、下载与实现

5．4 小结

第六章 测试与结果分析

6．1 测试目标

6．2 测试计划

6．2．1 测试任务

6．2．2 测试设计

6．3 测试结果与分析

6．4 小结

第七章 结论与展望

参考文献

致谢