基于ARM的柴油发电机组电控调速系统研究

发布时间：2019-09-30 18:12

【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。
【图文】：

调速器,回位力,机械调速器

图 1.1 调速器的发展离心式机械调速器。一个调速器诞生于 1784 年[6]，它是由英国的伟大发明家瓦速器的发展进程。瓦特利用了力的平衡原理，让调速器内与弹簧的回位力达到平衡状态对柴油机进行调速的[7]。飞连，当柴油机转速变化时，，飞锤会带动喷油泵齿条进行移供油量。因为此调速器的机械结构存在固有的缺陷，所以

框图,转速环,位置环,控制框图

杭州电子科技大学硕士学位论文1994 年 Michael Majons 设计了一个 CMAC（Cerebellar Model ArticulationController）神经网络控制器，并将其应用到柴油机的电子喷射系统中[26]。CMAC神经网络具有学习速度快的优点[27]，可以实时处理输入的压力及转速信号。此控制器与传统的控制器相比较，抗扰动能力更好。1996 年 Dimitry Gorinrvsky 将径向基神经网络 RBF（Radial Basis Function Neural Network）用于发动机的怠速控制中。在柴油机实际运行中，柴油机的转速控制可以采用单闭环或双闭环的结构。如图 1.2 所示，为双闭环的转速控制框图。它是转速环+位置环的双闭环控制结构，控制策略可以采用串级 PID 的控制方式。其中外环通过转速传感器采集实时转速从而实时调整供油量；内环通过齿条位置传感器提高电磁执行器的响应速度[28]。双闭环控制系统可以提高控制质量，改善过程的动态性能。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM314

【参考文献】