低热值气体燃料发电机组发动机电控系统的设计与开发

摘要

能源问题与环境问题是当今世界的两大国际性难题，当前世界各国都在致力于寻求发动机的代用燃料，其中低热值气体燃料由于来源广泛、成本低廉、排放性好等优点而得到了越来越多的重视。尤其是将低热值气体燃料作为发动机的替代燃料进行燃烧发电，具有十分巨大的潜在市场和价值。
　　本文以低热值气体燃料发电机组发动机为研究对象，深入分析研究了低热值气体燃料的燃料特性和发电机组发动机的运行特点，根据合作单位潍坊耐普特燃气发电设备有限公司的要求，设计了包括发动机的燃料供给控制系统和排气温度监控系统在内的低热值气体燃料发电机组发动机的电控系统，根据总体设计方案制定了相应的控制策略，完成了控制系统的硬件、软件设计开发和调试试验。
　　通过对低热值气体燃料发电机组发动机的自身特点和不同发动机燃料供给控制方案的分析比较，确定采用“电控燃气阀-混合器-电子节气门”的进气道混合器预混合式的燃料供给方式，根据不同的运行工况执行不同的控制要求，通过控制混合器燃气控制阀的开度来控制燃料供给和排气温度。
　　选用Freescale公司的16位单片机Mc9s12dp512作为控制系统的主控芯片，完成了控制系统各类传感器、执行器的选型，根据选型进行了相应的硬件电路的原理设计，进而完成了PCB设计和电控系统控制单元(ECU)的设计制作。
　　根据系统的控制策略，以Codewarrior软件为平台，C语言为编程语言，采用增量式PID控制算法作为闭环控制算法，利用模块化设计思想进行了系统软件控制程序的设计开发。
　　最后，本文利用信号发生器、电位器等装置模拟传感器产生信号，对所开发的电控系统进行了调试和模拟验证试验，结果证明设计的电控系统能够在不同工况下根据不同的控制策略执行不同的控制动作。最后进行了电控系统的标定实验，初步获得了部分标定试验数据。调试和试验证明设计的电控系统整体结构合理，能够达到预期的设计要求，具有良好的实用价值。