什么是柴油發(fā)電機數字調速系統？
發(fā)布時間：2023-10-30 點擊：194
柴油發(fā)動機調速系統是通過安裝在飛輪殼上的轉速電磁傳感器檢測出轉速的變化，通過電子調速器的控制，由執(zhí)行器帶動油門拉桿，調節(jié)供油量大小，從而實現轉速自動調節(jié)的目的。
該調速系統主要由轉速檢測單元、電子調速器單元及執(zhí)行機構等部分組成。檢測部分主要是由轉速電磁傳感器及飛輪齒圈組成，電磁傳感器從飛輪齒圈測得發(fā)動機的轉速，并將其變換成與轉速成正比的脈沖信號輸入給電子調速器，電子調速器將轉速信號與給定轉速信號進行對比，并進行相應的控制運算，再由功率輸出環(huán)節(jié)驅動執(zhí)行機構(執(zhí)行器)，改變供油量大小，自動調節(jié)柴油機的轉速，圖1為柴油機調速系統結構方框圖。
1.1轉速電磁傳感器通過檢測發(fā)動機飛輪齒數的變化，得到一個與柴油機轉速成正比的交流頻率信號。其感應的交流頻率信號同柴油機轉速、齒數有關。
即：f—zn／60(1)
式中廠f——輸出電壓頻率
z——齒輪齒數
n——柴油機轉速
試驗用發(fā)動機為德國道依茨f6l912六缸發(fā)動機，飛輪齒數130。即若發(fā)動機轉速為1500r／rain，可計算出廠為3250hz。
1.2通過連桿與柴油機油門齒條相連接。當電子調速器的功放環(huán)節(jié)為其提供足夠電流驅動時，勵磁線圈流過電流對動鐵心產生電磁力，用以克服回位彈簧彈力，使油門打開，改變供油量大小。
二.調速系統數學模型分析
柴油機調速系統實質上是屬于速度控制系統，即速度閉環(huán)控制。本文要介紹該閉環(huán)控制中各環(huán)節(jié)的數字模型，并以pid校正為例，利用頻率法對系統穩(wěn)定性進行了分析，從而研究各種不同參數對系統動態(tài)過程品質的影響及最佳參數范圍，為進一步改進設計、優(yōu)化算法提供可靠依據。
2.1柴油發(fā)動機本身具有非線性和開環(huán)不穩(wěn)定性，但其可用一個簡單的一階模型模擬。考慮到柴油機扭矩脈沖響應延遲時間，其傳遞函數可表示為：
2.2執(zhí)行器執(zhí)行器是由螺管電磁力和恢復彈簧力構成的彈性質量系統。其傳遞函數可簡化為一個二階環(huán)節(jié)，見式(4)。
2.3測速環(huán)節(jié)將磁性傳感器發(fā)出的頻率轉換成與轉速成比例的方波脈沖信號。其傳遞函數可看作一比例環(huán)節(jié)。g(s)=k。
式中k。——測速通道放大系數
2.4系統模型 pid控制作為一種實際生產過程普遍采用的工程控制方法，具有計算量小、實時性強、易于實現等特點，因此，在調速領域被廣泛采用。常規(guī)pid傳遞函數為：
三.調速系統各參數對動態(tài)過程的影響
從系統模型中可以看出，影響系統動態(tài)過程品質主要有兩個方面：一是調節(jié)對象的時間常數t。、r0、tk的影響，不可調節(jié)。二是pid控制時間常數td、t1、kp的影響，可調節(jié)，對于不同的調節(jié)對象可通過調節(jié)td、t1、kp參數使系統穩(wěn)定，并得到滿意的過渡過程。
1.柴油機時間常數t。
時間常數td是表征柴油機動力裝置的一個主要參數，它對動態(tài)過程影響極大。td減小時，超調量會加大，過渡過程加長。一般在1．5～4s之間。當t。一2～4s時，動態(tài)過程基本良好，td≤1．5s時，發(fā)動機易產生振蕩。總之，柴油機時間常數是衡量柴油機可控性的一個重要指標。對于6缸柴油發(fā)動機，其td值一般在3s左右。
2.執(zhí)行器時間常數tk
執(zhí)行器時間常數tk是執(zhí)行機構的時滯時間。tk過大，不僅超調量顯著增大，而且穩(wěn)定性變差。反之，tk過小，超調量小但穩(wěn)定儲備量下降。因此，實際中，確保t值的適中是調節(jié)系統品質的重要方面。
3.延遲時間r。
柴油機延遲時間與柴油機轉速。和氣缸沖程數有關。對于一個指定的柴油機，r0僅與。有關，。減少會使r。加大。柴油機處于低速運轉時系統會失去穩(wěn)定性。為此，電子調速器為了能在額定工況下穩(wěn)定運轉，又要保證怠速工況下穩(wěn)定運轉，通常采取不同的控制參數，以滿足兩種狀態(tài)下的穩(wěn)定運轉。由于以上參數具有時變性和非線性等特點，這就使得無法用準確的校正模型去實現轉速的準確控制。從工程角度出發(fā)，對于一階或二階慣性環(huán)節(jié)，通過對pid參數的調整，就可獲得理想的控制效果。采用的pid為模糊pid及變速積分pid。模糊pid為用模糊數學的方法調整比例系數kp，速積分pid為用分段調整積分系數kz，達到減少超調量，效果明顯。
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1.1轉速電磁傳感器通過檢測發(fā)動機飛輪齒數的變化，得到一個與柴油機轉速成正比的交流頻率信號。其感應的交流頻率信號同柴油機轉速、齒數有關。
即：f—zn／60(1)
式中廠f——輸出電壓頻率
z——齒輪齒數
n——柴油機轉速
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1.2通過連桿與柴油機油門齒條相連接。當電子調速器的功放環(huán)節(jié)為其提供足夠電流驅動時，勵磁線圈流過電流對動鐵心產生電磁力，用以克服回位彈簧彈力，使油門打開，改變供油量大小。
二.調速系統數學模型分析
柴油機調速系統實質上是屬于速度控制系統，即速度閉環(huán)控制。本文要介紹該閉環(huán)控制中各環(huán)節(jié)的數字模型，并以pid校正為例，利用頻率法對系統穩(wěn)定性進行了分析，從而研究各種不同參數對系統動態(tài)過程品質的影響及最佳參數范圍，為進一步改進設計、優(yōu)化算法提供可靠依據。
2.1柴油發(fā)動機本身具有非線性和開環(huán)不穩(wěn)定性，但其可用一個簡單的一階模型模擬。考慮到柴油機扭矩脈沖響應延遲時間，其傳遞函數可表示為：
2.2執(zhí)行器執(zhí)行器是由螺管電磁力和恢復彈簧力構成的彈性質量系統。其傳遞函數可簡化為一個二階環(huán)節(jié)，見式(4)。
2.3測速環(huán)節(jié)將磁性傳感器發(fā)出的頻率轉換成與轉速成比例的方波脈沖信號。其傳遞函數可看作一比例環(huán)節(jié)。g(s)=k。
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2.4系統模型 pid控制作為一種實際生產過程普遍采用的工程控制方法，具有計算量小、實時性強、易于實現等特點，因此，在調速領域被廣泛采用。常規(guī)pid傳遞函數為：
三.調速系統各參數對動態(tài)過程的影響
從系統模型中可以看出，影響系統動態(tài)過程品質主要有兩個方面：一是調節(jié)對象的時間常數t。、r0、tk的影響，不可調節(jié)。二是pid控制時間常數td、t1、kp的影響，可調節(jié)，對于不同的調節(jié)對象可通過調節(jié)td、t1、kp參數使系統穩(wěn)定，并得到滿意的過渡過程。
1.柴油機時間常數t。
時間常數td是表征柴油機動力裝置的一個主要參數，它對動態(tài)過程影響極大。td減小時，超調量會加大，過渡過程加長。一般在1．5～4s之間。當t。一2～4s時，動態(tài)過程基本良好，td≤1．5s時，發(fā)動機易產生振蕩。總之，柴油機時間常數是衡量柴油機可控性的一個重要指標。對于6缸柴油發(fā)動機，其td值一般在3s左右。
2.執(zhí)行器時間常數tk
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3.延遲時間r。
柴油機延遲時間與柴油機轉速。和氣缸沖程數有關。對于一個指定的柴油機，r0僅與。有關，。減少會使r。加大。柴油機處于低速運轉時系統會失去穩(wěn)定性。為此，電子調速器為了能在額定工況下穩(wěn)定運轉，又要保證怠速工況下穩(wěn)定運轉，通常采取不同的控制參數，以滿足兩種狀態(tài)下的穩(wěn)定運轉。由于以上參數具有時變性和非線性等特點，這就使得無法用準確的校正模型去實現轉速的準確控制。從工程角度出發(fā)，對于一階或二階慣性環(huán)節(jié)，通過對pid參數的調整，就可獲得理想的控制效果。采用的pid為模糊pid及變速積分pid。模糊pid為用模糊數學的方法調整比例系數kp，速積分pid為用分段調整積分系數kz，達到減少超調量，效果明顯。
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