基于ARM的柴油发电机组电控调速系统研究

摘要

柴油发电机组作为应急备用电源常应用于通信、银行、宾馆和机场等重要部门，也经常作为舰船等其它应用场合的主电源。作为一种供电设备，负载要求其提供稳定的电压和频率，而发电机组若要得到稳定的电压输出，则需要柴油机转速处于稳定状态。现有的发动机调速系统大多采用传统PID控制方案。现代柴油机电控调速系统越来越多的采用高端芯片和智能控制算法，极大提高了柴油机的调速效果和其它运行性能。本文就是基于这样的背景，采用ARM_Linux嵌入式技术设计一个柴油发电机组电控调速系统，保证发电机组输出稳定的电能。
　　首先，本文介绍了课题的研究背景，分析了国内外柴油机调速系统的发展现状和其控制策略，并在目前柴油机调速技术存在的问题以及未来的发展方向的基础上，阐述了本文的工作内容。分析了柴油发电机组的工作原理，将先进的嵌入式系统应用到柴油机调速技术中。在分析传统PID与模糊PID优缺点的基础上，将神经网络算法与模糊PID相结合，设计了模糊神经网络PID控制器，对其控制算法和学习算法进行了分析。根据被控对象的数学模型，并运用Matlab/Simulink进行仿真验证了模糊神经网络PID良好的控制性。
　　其次，以S3C2440微处理器为核心，进行了电控调速系统的硬件设计。介绍了系统的框架设计和ARM外围电路的设计，然后进行转速信号采集模块、转速保护电路、怠速/额定转速切换模块和温度压力等信号采集电路设计。
　　最后，本文简要介绍了电控调速系统的软件设计，主要包括嵌入式系统软件设计以及远程监测系统设计。嵌入式系统软件设计包括建立交叉开发环境，移植U-Boot，Linux内核裁剪和移植，根文件系统，驱动模块的编写和应用程序设计等。远程监测系统使用C＃编写，实现对调速系统运行状况的实时监测。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 柴油机调速技术研究概况

1.3 国内外柴油机调速器的研究现状

1.4 调速系统的控制策略研究

1.5 本文的主要研究内容

第 2 章 柴油发电机组调速系统数学建模

2.1 柴油发电机组调速系统概述

2.2 数学模型建立

2.3 本章小结

第 3 章 柴油发电机组调速系统控制策略研究

3.1 常规PID控制系统研究

3.2 模糊PID控制系统研究

3.3 模糊神经网络PID控制系统研究

3.4 调速系统的仿真分析

3.5 本章小结

第 4 章 柴油发电机组调速系统的硬件设计

4.1 系统总体方案设计

4.2 ARM外围电路设计

4.3 转速信号采集模块设计

4.4 转速保护电路设计

4.5 怠速/额定转速切换模块设计

4.6 温度信号采集电路

4.7 压力信号采集电路

4.8 执行机构驱动电路

4.9 本章小结

第 5 章 柴油发电机组调速系统的软件设计

5.1 嵌入式Linux系统设计

5.2 嵌入式Linux系统移植

5.3 嵌入式Linux驱动程序实现

5.4 系统应用程序设计

5.5 系统软件界面设计

5.6 本章小结

第 6 章 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 未来工作展望

致谢

参考文献

附录1：作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目

附录2：调速器部分电路原理图