柴油机调速系统的模拟与仿真研究

摘要

在火炮以及某些机车中，一般把柴油发电机作为其行进的动力机构或者为车内用电设备提供电源。为了确保机车能够稳定的行进以及保证用电设备能够处于一个良好的运行环境，就需要有一个稳定的供给电源，而柴油发电机发出电能质量的好坏取决于柴油机输出转速的稳定性，为了给机车提供一个良好的用电环境，有必要研究柴油机的转速输出特性。在实验室环境下，以柴油发动机为原动机带动发电机发电，会对实验环境造成很大污染，并且操作起来也不太方便，因此，设计了用交流异步电机来模拟柴油机并建立其MATLAB/SIMULINK仿真模型来研究柴油机转速输出特性。
　　首先，通过对柴油机的工作方式及其组成结构的了解建立了柴油发动机的动态数学模型，设计了变系数PID控制算法作为柴油发动机的转速调节系统的控制算法，并在MATLAB/SIMULINK中建立柴油机转速调节系统的仿真模型；其次，通过对三相异步电机工作方式的研究建立了异步电机在不同坐标系下的动态数学模型，选择了矢量控制方法作为三相异步电机转速调节系统的控制算法，并在MATLAB/SIMULINK中建立了异步电机矢量控制调速系统的仿真模型；由于柴油机转速调节的机械时间常数要大于异步电机转速调节的机电时间常数，为了让异步电机调速系统能够去模拟柴油机调速系统，就需要通过一定的控制算法去调节异步电机的转速输出特性使之与柴油机转速调节系统的转速输出特性相同，因此设计了模型参考自适应神经网络控制方法，以柴油机调速系统作为参考模型，用神经网络控制器替代异步电机矢量控制系统中的转速PI控制器，通过异步电机转速输出值与柴油机调速系统转速输出值之间的差值，不断调整神经网络控制器的权值，最终使这个差值趋向于零，也就实现了用异步电机调速系统模拟柴油机调速系统的目的。
　　通过在MATLAB/SIMULINK中建立基于参考模型的自适应神经网络控制系统以实现用异步电机转速调节系统模拟柴油机转速调节系统转速输出特性的仿真模型，根据在给定转速突变以及突加突减负载时柴油机转速调节系统和异步电机转速调节系统的转速输出特性曲线对比图可以看出，设计的模拟系统实现了很好的模拟效果。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外的研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 柴油机调速系统的建立及SIMULINK仿真

2.1 柴油机的工作方式

2.2 柴油机数学模型的建立

2.3 柴油机转速调节器的设计及SIMULINK仿真

2.4 本章小结

第3章 异步电机调速系统的设计及SIMULINK仿真

3.1 异步电动机坐标系及坐标变换

3.2 异步电动机数学模型的建立

3.3 异步电动机调速方案的比较及矢量控制的工作原理

3.4 异步电动机矢量控制调速系统的SIMULINK仿真

3.5 本章小结

第4章 异步电机模拟柴油机系统的设计及仿真

4.1 神经网络的理论基础

4.2 模型参考自适应控制系统

4.3 基于神经网络的模型参考自适应控制

4.4 异步电机模拟柴油机的控制系统SIMULINK仿真

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果目录