大功率柴油机数字式电子调速器设计研究

摘要

柴油机调速器性能直接决定了柴油机运行的稳定性和经济性,采用电子调速器代替机械式调速器,是目前改善柴油机调速性能的主要途径。在国外大功率柴油机上广泛采用了以单片机为控制核心的数字式电子调速器,而国内此项技术的开发相对国外比较落后。因此,开发数字式电子调速器是非常必要的。
　　 本文结合大量实验研究对有限转角力矩电机在大功率柴油机数字式电子调速控制系统中的应用进行了初步探讨。
　　 本文对实验室已有的有限转角力矩电机位置驱动模块模拟电路进行数学分析得出力矩电机位置驱动控制策略,并运用MATLAB/simulink建立电机样机仿真模型,对有限转角力矩电机样机位置驱动控制策略进行仿真分析。在此基础上,设计开发以有限转角力矩电机为调速器执行机构的数字式电子调速控制系统。
　　 本文采用基于双口RAM的双单片机结构形式,控制系统工作过程中对各传感器采集的信号进行数字处理和控制计算,完成电子调速控制器总体方案设计及系统的硬件和软件设计。本论文软件设计采用模块化设计,包括转速采集模块、电机驱动控制算法模块、A/D转换模块等。
　　 通过对数字式电子调速控制系统进行模拟调试和配机试验,结果表明所设计的电子调速控制系统功能完善、控制准确,达到了预期目标。本文基于有限转角力矩电机为执行机构的数字化电子调速器的成功设计,为拓宽我国现有的柴油机电子调速配机范围,实现我国大功率柴油机全电式电子调速系统执行器国产化奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外相关的研究现状

1.2.1 电子调速技术的发展现状

1.2.2 柴油机电子调速执行机构的研究现状

1.2.3 有限转角力矩电机的研究现状

1.3 本文主要工作

第2章 有限转角力矩电机模拟式位置驱动模块电路分析

2.1 模拟驱动电路数学分析

2.1.1 PID控制原理

2.1.2 电流PI控制器

2.1.3 位置PI控制器

2.1.4 位置PD控制器

2.1.5 角速度计算

2.1.6 角速度PI控制器

2.2 有限转角力矩电机模拟电路驱动控制系统概述

2.3 本章小结

第3章 系统建模和控制策略仿真

3.1 系统仿真模型的建立

3.1.1 有限转角力矩电机本体仿真模型的建立

3.1.2 电机位置驱动控制系统仿真模型的建立

3.2 仿真控制曲线及相关分析

3.2.1 PID参数整定

3.2.2 仿真结果分析

3.3 电子调速控制系统仿真分析

3.3.1 柴油机模型的建立

3.3.2 电子调速控制系统仿真模型的建立

3.3.3 电子调速系统仿真结果分析

3.4 本章小结

第4章 电子调速控制器总体设计

4.1 系统总体设计思想

4.2 电子调速控制器硬件电路设计

4.2.1 基于双口RAM的双单片机结构的设计

4.2.2 单片机最小系统模块设计

4.2.3 模拟信号采集模块设计

4.2.4 PWM功率驱动模块设计

4.2.5 CAN通讯接口模块设计

4.3 电子调速控制器软件设计

4.3.1 集成开发环境CodeWarrior 5.0介绍

4.3.2 转速信号采集程序设计

4.3.3 控制算法程序

4.3.4 A/D转换程序设计

4.3.5 主程序

4.4 本章小结

第5章 电子调速控制器性能试验

5.1 柴油机控制系统联调试验的重要性及目的

5.2 软硬件联调试验

5.3 配机实验

5.3.1 空载起动试验

5.3.2 转速稳定性试验

5.3.3 加速、减速试验

5.3.4 空载干扰试验

5.3.5 停车试验

5.3.6 断电保护停车试验

5.4 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