小型高速汽油发电机组数字控制系统与控制算法研究

摘要

随着国民经济的飞速发展和人民生活水平的提高，内燃发电机组正得到日益广泛的应用。在10kW以下的发电机组中，小巧、轻便的汽油发电机组占有大部分的市场。目前，国内外采用机械式调速器控制发电机组转速，在负载变化时存在转速超调大等缺陷，影响发电机输出电源频率的稳定，限制了发电机性能的进一步提高。近年来，为适应发电机组“轻型化”和“小型化”的要求，采用高速汽油机、永磁中频发电机和逆变技术成为小型便携式汽油发电机组的发展方向。 本文以小型高速汽油发电机组为被控对象，对电子调速系统和电源逆变系统进行研究。做了如下工作： 通过对汽油发电机组主要组成部分的结构、原理分析，得到了发电机组系统的数学模型，为控制系统的开发提供了理论依据。 为了满足控制系统对速度和器件资源的要求，选择CYGNAL公司C8051F040作为控制系统的主控芯片，进行数字控制系统的硬件设计，并设计了RS-232接口，实现与上位机的串口通信，实时传递实验数据。 根据发电机组产品对输出电压、频率以及谐波的要求，设计了基于IPM模块的逆变电路，以及相应的保护电路。 对针对8051系列单片机的多任务实时操作系统RTX-51进行了分析；讨论了实时响应速度要求较高的系统软件在实时操作系统平台上设计时应该注意的问题；并以RTX-51为平台，设计了汽油发电机组的控制软件。 本文还探讨了适应于小型汽油发电机组控制系统的控制算法。在对控制系统模型的分析基础上，对常用的PID控制算法以及目前受到广泛关注的单神经元理论进行了分析，设计了单神经元自适应PID控制器。在MATLAB中的仿真比较表明，在小型高速发电机控制系统中，单神经元自适应PID控制器在保证足够快的响应速度的前提下，具有比一般PID控制器更好的超调抑止效果。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

第2章 汽油发电机组结构及工作特性

第3章 发电机组数字控制系统硬件

第4章 功率电路设计

第5章 汽油发电机组系统控制策略

第6章 基于RTX-51的实时系统软件

第7章 总结与展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢