什么是柴油發(fā)電機數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)？
發(fā)布時間：2023-10-30 點擊：190
柴油發(fā)動機調(diào)速系統(tǒng)是通過安裝在飛輪殼上的轉(zhuǎn)速電磁傳感器檢測出轉(zhuǎn)速的變化，通過電子調(diào)速器的控制，由執(zhí)行器帶動油門拉桿，調(diào)節(jié)供油量大小，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)的目的。
該調(diào)速系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)速檢測單元、電子調(diào)速器單元及執(zhí)行機構(gòu)等部分組成。檢測部分主要是由轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速，并將其變換成與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號輸入給電子調(diào)速器，電子調(diào)速器將轉(zhuǎn)速信號與給定轉(zhuǎn)速信號進行對比，并進行相應(yīng)的控制運算，再由功率輸出環(huán)節(jié)驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)(執(zhí)行器)，改變供油量大小，自動調(diào)節(jié)柴油機的轉(zhuǎn)速，圖1為柴油機調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖。
1.1轉(zhuǎn)速電磁傳感器通過檢測發(fā)動機飛輪齒數(shù)的變化，得到一個與柴油機轉(zhuǎn)速成正比的交流頻率信號。其感應(yīng)的交流頻率信號同柴油機轉(zhuǎn)速、齒數(shù)有關(guān)。
即：f—zn／60(1)
式中廠f——輸出電壓頻率
z——齒輪齒數(shù)
n——柴油機轉(zhuǎn)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(shù)130。即若發(fā)動機轉(zhuǎn)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(diào)速器的功放環(huán)節(jié)為其提供足夠電流驅(qū)動時，勵磁線圈流過電流對動鐵心產(chǎn)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(diào)速系統(tǒng)數(shù)學模型分析
柴油機調(diào)速系統(tǒng)實質(zhì)上是屬于速度控制系統(tǒng)，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(shù)字模型，并以pid校正為例，利用頻率法對系統(tǒng)穩(wěn)定性進行了分析，從而研究各種不同參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)過程品質(zhì)的影響及最佳參數(shù)范圍，為進一步改進設(shè)計、優(yōu)化算法提供可靠依據(jù)。
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(yīng)延遲時間，其傳遞函數(shù)可表示為：
2.2執(zhí)行器執(zhí)行器是由螺管電磁力和恢復(fù)彈簧力構(gòu)成的彈性質(zhì)量系統(tǒng)。其傳遞函數(shù)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(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)速成比例的方波脈沖信號。其傳遞函數(shù)可看作一比例環(huán)節(jié)。g(s)=k。
式中k。——測速通道放大系數(shù)
2.4系統(tǒng)模型 pid控制作為一種實際生產(chǎn)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(xiàn)等特點，因此，在調(diào)速領(lǐng)域被廣泛采用。常規(guī)pid傳遞函數(shù)為：
三.調(diào)速系統(tǒng)各參數(shù)對動態(tài)過程的影響
從系統(tǒng)模型中可以看出，影響系統(tǒng)動態(tài)過程品質(zhì)主要有兩個方面：一是調(diào)節(jié)對象的時間常數(shù)t。、r0、tk的影響，不可調(diào)節(jié)。二是pid控制時間常數(shù)td、t1、kp的影響，可調(diào)節(jié)，對于不同的調(diào)節(jié)對象可通過調(diào)節(jié)td、t1、kp參數(shù)使系統(tǒng)穩(wěn)定，并得到滿意的過渡過程。
1.柴油機時間常數(shù)t。
時間常數(shù)td是表征柴油機動力裝置的一個主要參數(shù)，它對動態(tài)過程影響極大。td減小時，超調(diào)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(chǎn)生振蕩。總之，柴油機時間常數(shù)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(shù)tk
執(zhí)行器時間常數(shù)tk是執(zhí)行機構(gòu)的時滯時間。tk過大，不僅超調(diào)量顯著增大，而且穩(wěn)定性變差。反之，tk過小，超調(diào)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(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì)的重要方面。
3.延遲時間r。
柴油機延遲時間與柴油機轉(zhuǎn)速。和氣缸沖程數(shù)有關(guān)。對于一個指定的柴油機，r0僅與。有關(guān)，。減少會使r。加大。柴油機處于低速運轉(zhuǎn)時系統(tǒng)會失去穩(wěn)定性。為此，電子調(diào)速器為了能在額定工況下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，又要保證怠速工況下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，通常采取不同的控制參數(shù)，以滿足兩種狀態(tài)下的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。由于以上參數(shù)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(xiàn)轉(zhuǎn)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(shù)的調(diào)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(shù)學的方法調(diào)整比例系數(shù)kp，速積分pid為用分段調(diào)整積分系數(shù)kz，達到減少超調(diào)量，效果明顯。
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該調(diào)速系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)速檢測單元、電子調(diào)速器單元及執(zhí)行機構(gòu)等部分組成。檢測部分主要是由轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速，并將其變換成與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號輸入給電子調(diào)速器，電子調(diào)速器將轉(zhuǎn)速信號與給定轉(zhuǎn)速信號進行對比，并進行相應(yīng)的控制運算，再由功率輸出環(huán)節(jié)驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)(執(zhí)行器)，改變供油量大小，自動調(diào)節(jié)柴油機的轉(zhuǎn)速，圖1為柴油機調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖。
1.1轉(zhuǎn)速電磁傳感器通過檢測發(fā)動機飛輪齒數(shù)的變化，得到一個與柴油機轉(zhuǎn)速成正比的交流頻率信號。其感應(yīng)的交流頻率信號同柴油機轉(zhuǎn)速、齒數(shù)有關(guān)。
即：f—zn／60(1)
式中廠f——輸出電壓頻率
z——齒輪齒數(shù)
n——柴油機轉(zhuǎn)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(shù)130。即若發(fā)動機轉(zhuǎn)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(diào)速器的功放環(huán)節(jié)為其提供足夠電流驅(qū)動時，勵磁線圈流過電流對動鐵心產(chǎn)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(diào)速系統(tǒng)數(shù)學模型分析
柴油機調(diào)速系統(tǒng)實質(zhì)上是屬于速度控制系統(tǒng)，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(shù)字模型，并以pid校正為例，利用頻率法對系統(tǒng)穩(wěn)定性進行了分析，從而研究各種不同參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)過程品質(zhì)的影響及最佳參數(shù)范圍，為進一步改進設(shè)計、優(yōu)化算法提供可靠依據(jù)。
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(yīng)延遲時間，其傳遞函數(shù)可表示為：
2.2執(zhí)行器執(zhí)行器是由螺管電磁力和恢復(fù)彈簧力構(gòu)成的彈性質(zhì)量系統(tǒng)。其傳遞函數(shù)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(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)速成比例的方波脈沖信號。其傳遞函數(shù)可看作一比例環(huán)節(jié)。g(s)=k。
式中k。——測速通道放大系數(shù)
2.4系統(tǒng)模型 pid控制作為一種實際生產(chǎn)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(xiàn)等特點，因此，在調(diào)速領(lǐng)域被廣泛采用。常規(guī)pid傳遞函數(shù)為：
三.調(diào)速系統(tǒng)各參數(shù)對動態(tài)過程的影響
從系統(tǒng)模型中可以看出，影響系統(tǒng)動態(tài)過程品質(zhì)主要有兩個方面：一是調(diào)節(jié)對象的時間常數(shù)t。、r0、tk的影響，不可調(diào)節(jié)。二是pid控制時間常數(shù)td、t1、kp的影響，可調(diào)節(jié)，對于不同的調(diào)節(jié)對象可通過調(diào)節(jié)td、t1、kp參數(shù)使系統(tǒng)穩(wěn)定，并得到滿意的過渡過程。
1.柴油機時間常數(shù)t。
時間常數(shù)td是表征柴油機動力裝置的一個主要參數(shù)，它對動態(tài)過程影響極大。td減小時，超調(diào)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(chǎn)生振蕩。總之，柴油機時間常數(shù)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(shù)tk
執(zhí)行器時間常數(shù)tk是執(zhí)行機構(gòu)的時滯時間。tk過大，不僅超調(diào)量顯著增大，而且穩(wěn)定性變差。反之，tk過小，超調(diào)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(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì)的重要方面。
3.延遲時間r。
柴油機延遲時間與柴油機轉(zhuǎn)速。和氣缸沖程數(shù)有關(guān)。對于一個指定的柴油機，r0僅與。有關(guān)，。減少會使r。加大。柴油機處于低速運轉(zhuǎn)時系統(tǒng)會失去穩(wěn)定性。為此，電子調(diào)速器為了能在額定工況下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，又要保證怠速工況下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，通常采取不同的控制參數(shù)，以滿足兩種狀態(tài)下的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。由于以上參數(shù)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(xiàn)轉(zhuǎn)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(shù)的調(diào)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(shù)學的方法調(diào)整比例系數(shù)kp，速積分pid為用分段調(diào)整積分系數(shù)kz，達到減少超調(diào)量，效果明顯。
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