柴油发电机组建模及转速控制研究

发布时间：2017-09-25 23:22

  本文关键词：柴油发电机组建模及转速控制研究

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【摘要】：柴油机转速的控制质量直接影响柴油发电机组的电力质量，本文针对柴油机转速控制进行了如下研究： (1)研究了柴油发电机组硬件在环仿真系统的原理框架，，在此基础上完成了系统的硬件、软件设计。在柴油发电机组硬件在环仿真系统中，柴油机、同步发电机等复杂部件整体以数学模型的形式在计算机中运行，作为“虚拟柴油发电机组”参与仿真；电磁执行器、电子调速器等其他部件则以实物形式安装在仿真系统中，与“虚拟柴油发电机组”通过传感器及数据采集卡相互联接，配合“虚拟柴油发电机组”进行实时仿真。为了增强仿真过程与实际柴油发电机组工作过程的相似性，柴油发电机组硬件在环仿真系统使用三相交流伺服电机调速系统还原“虚拟柴油发电机组”的转速，电机的转速再反馈至电子调速器进行转速闭环控制。柴油发电机组硬件在环仿真系统的加载、卸载仿真结果表明，该系统完全可用于电子调速器的开发与测试。 (2)通过采集实际柴油发电机组的柴油机转速、电磁执行器的齿条位移和用电负载的输入输出数据，基于NARX (Nonlinear AutoRegressive with eXogenous inputs)建模理论建立了适用于柴油发电机组硬件在环仿真系统的柴油发电机模型，该模型准确描述了柴油机转速和执行器的齿条位移以及用电负载的输入输出关系。由于NARX模型为简单的多项式函数形式，所以还具有运算时间短的优点。柴油发电机组硬件在环仿真系统的加载、卸载试验结果表明，本文建立的柴油发电机组模型可以准确描述实际柴油发电机组加载、卸载时的转速特性。 (3)设计了柴油发电机组的数字式电子调速器。本文首先介绍了数字式电子调速器关键功能模块的硬件设计原理，并对硬件进行了性能测试。测试结果表明，数字式电子调速器的硬件功能符合设计要求。然后，阐述了主要软件功能的实现思想并进行了ADC采集精度和测频精度的测试。最后，进行了柴油发电机组转速PID控制的优化改进并完成了仿真研究，仿真结果表明：采用分段PI控制和不完全微分PD的并联PID控制算法可以显著改善转速控制效果。
【关键词】：NARX 柴油发电机组 硬件在环仿真 数字式电子调速器
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM314
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 研究目的和意义11-12
• 1.2 柴油发电机组的建模研究现状12-14
• 1.3 硬件在环仿真技术的发展现状14-15
• 1.4 电子调速器的发展现状15-16
• 1.5 主要研究内容16-18
• 第2章 柴油发电机组硬件在环仿真系统设计18-26
• 2.1 柴油发电机组的结构分析18
• 2.2 柴油发电机组硬件在环仿真系统的结构及原理18-20
• 2.3 柴油发电机组硬件在环仿真系统关键部件选型20-24
• 2.3.1 三相交流伺服调速系统20
• 2.3.2 电磁执行器20-21
• 2.3.3 数据采集卡21
• 2.3.4 传感器21-22
• 2.3.5 电子调速器22-23
• 2.3.6 信号调理模块23-24
• 2.4 柴油发电机组硬件在环仿真系统的静态标定24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 柴油发电机组的数学建模26-38
• 3.1 柴油发电机组数据采集实验26-27
• 3.2 柴油发电机组的 NARX 模型辨识基础27-33
• 3.2.1 NARX 模型基础27-29
• 3.2.2 NARX 模型的辨识算法29-30
• 3.2.3 SEMP 辨识算法30-32
• 3.2.4 NARX 模型参数的优化计算方法32-33
• 3.3 柴油发电机组的 NARX 模型辨识结果33-36
• 3.4 柴油发电机组的 NARX 模型精度检验36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 柴油发电机组硬件在环仿真系统的软件开发38-46
• 4.1 柴油发电机组的模型辨识软件设计38-39
• 4.1.1 系数矩阵 P 的计算38-39
• 4.1.2 柴油发电机组的模型辨识模块功能描述39
• 4.2 柴油发电机组硬件在环仿真软件设计39-43
• 4.2.1 柴油发电机组硬件在环仿真模块的程序结构39-42
• 4.2.2 连续电压信号的采集与输出42-43
• 4.3 数据库接口与维护软件设计43-44
• 4.4 加载、卸载仿真试验44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第5章 数字式电子调速器的设计46-62
• 5.1 数字式电子调速器的硬件设计46-51
• 5.1.1 转速反馈信号整形电路47-48
• 5.1.2 F/V 转换电路48-49
• 5.1.3 电磁执行器的电流与位置反馈49
• 5.1.4 转速微调49-50
• 5.1.5 功率驱动电路50-51
• 5.1.6 数字 IO 口51
• 5.2 数字式电子调速器的静态标定51-53
• 5.3 数字式电子调速器的软件设计53-60
• 5.3.1 硬件资源初始化53-54
• 5.3.2 ADC 数据采集54-55
• 5.3.3 柴油机转速测量55-57
• 5.3.4 PWM 输出57-58
• 5.3.5 数字 IO 口58
• 5.3.6 外部通讯接口58-60
• 5.3.7 上位机调试程序的设计60
• 5.4 本章小结60-62
• 第6章 柴油机转速控制算法仿真62-71
• 6.1 数字 PID 控制原理62-64
• 6.2 电磁执行器的控制仿真模型64-67
• 6.3 柴油发电机组控制算法仿真67-70
• 6.4 本章小结70-71
• 总结与展望71-73
• 论文总结71-72
• 研究展望72-73
• 参考文献73-76
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单76-77
• 致谢77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 石奕,张云龙,王绍光;电控发动机工况实时模拟系统的研制[J];汽车工程;1999年05期

2 谭文春,唐航波,梁锋,龚元明,卓斌;柴油机高压共轨供油系统硬件在环仿真的设计[J];上海交通大学学报;2004年10期

3 罗子华;黄大明;韦志康;姚起宏;;柴油机调速器概述[J];拖拉机与农用运输车;2007年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张捷;高压共轨式柴油机硬件在环仿真系统研究[D];华中科技大学;2007年

本文编号：920183