一种基于数模结合的电液调速器的研究与设计

摘要

调速器是柴油机上一种非常重要的速度调节装置,它根据负荷的变化,自动增减喷油泵的供油量,实现柴油机稳定的运行。传统柴油机一般采用机械调速装置,调节精度低、难以实现较复杂的控制功能,本课题针对此问题,设计了一种基于数模结合的电液调速器。该调速器主要由模拟电子调速控制电路、基于嵌入式方式的监控管理系统构成,既能实现对柴油机转速的稳定调节,对柴油机运转情况的实时监控和报警,还能查阅柴油机的历史运行状况,方便的进行各种功能扩展,是一个多功能的综合调速系统。本课题主要完成以下工作:(1)在分析研究了目前常用的模拟电子调速器的基础上,针对实际使用中的可靠性要求,设计了模拟电子调速主板,该主板由模拟电路搭建,具有较高的可靠性,是调速系统稳定工作的基础。(2)构建了基于ARM硬件开发平台、嵌入式Linux开发系统以及界面开发工具Qt/Embedded的监控管理系统,该系统实时调节系统运行各种参数,监控运行中关键指标的变化情况,查询系统运行历史情况。还可以在该开发平台上进行联机上网、数据传输、远程监控、并机运行等功能扩展。(3)设计了连接监控管理系统和模拟调速主板的接口电路,该电路将监控管理系统配置的系统参数传送到模拟调速主板,并采集柴油机速度、油压、油温、冷却水温度等运行信息,发送到监控管理系统。(4)柴油机的重要输出参数是转速,,本论文设计了一种采用主从两条通路监控转速信号的方案,防止速度信号的丢失,提高了调速器的可靠性。此电液调速器结合数字电路易于扩展、模拟电路稳定可靠、电液执行器驱动功率大的优点,通过软硬件调试,达到了实际应用要求,取得了较好的控制效果,目前已在多家柴油机厂得到了成功的应用。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 概述

1.1.1 柴油机的扭矩——速度特性

1.1.2 柴油机喷油泵的速度特性

1.2 调速的原理

1.3 调速器的历史及发展

1.4 调速器的研究现状

1.5 本课题的主要研究工作

1.6 本章小结

第二章 柴油机调速器总体设计

2.1 调速器总体架构

2.2 调速器总体功能

2.2.1 转速控制

2.2.2 运行监控

2.2.3 数据管理

2.3 硬件系统介绍

2.3.1 开发平台核心板

2.3.2 开发平台主板

2.4 软件系统介绍

2.4.1 Linux 系统简介

2.4.2 嵌入式Linux 系统简介

2.4.3 嵌入式程序开发流程

2.5 本章小结

第三章 调速器模拟电子电路主板

3.1 模拟电路主板的结构和功能

3.2 主板中各功能模块

3.2.1 转速检测和转换模块

3.2.2 负载前馈模块

3.2.3 怠速/额定转速切换电路

3.2.4 PID 调节模块

3.2.5 控制输出限制模块

3.2.6 执行器驱动模块

3.2.7 停车电路

3.3 本章小结

第四章 数字电位器转接板

4.1 电位器转接板功能

4.2 数字电位器转接板硬件实现

4.2.1 数字电位器工作原理

4.2.2 本系统中数字电位器的选型

4.2.3 数字电位器的电路实现

4.3 数字电位器转接板软件实现

4.3.1 ATMEGA8 单片机简介

4.3.2 系统中用到的通讯协议

4.3.3 系统软件实现

4.4 小结

第五章 转速设定和检测板

5.1 转速设定和检测板功能

5.2 转速设定和检测板硬件设计

5.2.1 转速设定

5.2.2 转速检测

5.3 转速设定和检测板软件设计

5.4 本章小结

第六章 嵌入式监控管理系统的设计

6.1 Qt/Embedded 介绍

6.2 Qt 图形界面设计机制

6.2.1 嵌入式GUI 的分层结构

6.2.2 信号与槽机制

6.3 Qt/Embedded 开发环境搭建

6.3.1 WINDOWS 下QT 开发环境搭建

6.3.2 LINUX 下交叉开发环境

6.4 图形界面设计

6.4.1 QT 应用程序的开发流程

6.4.2 调速器监控管理界面的实现

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 本课题总结

7.2 后续工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文