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　　柴油發(fā)電機(jī)組數(shù)字調(diào)查系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析（1）曹世宏王正茂楊藝濤，等柴油發(fā)電機(jī)組數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析（1）曹世宏\王正茂\楊藝濤\程志軍2（1.西安交通大學(xué)，陜西西安710040；2總后建工所，陜西西安710032）1調(diào)速基本原理柴油發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是通過(guò)安裝在飛輪殼上的轉(zhuǎn)速電磁傳感器檢測(cè)出轉(zhuǎn)速的變化，通過(guò)電子調(diào)速器的控制，由執(zhí)行器帶動(dòng)油門拉桿，調(diào)節(jié)供油量大小，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的該調(diào)速系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元、電子調(diào)速器單元及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成檢測(cè)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(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將其變換成與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號(hào)輸入給電子調(diào)速器，電子調(diào)速器將轉(zhuǎn)速信號(hào)與給定轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，并進(jìn)行相應(yīng)的控制運(yùn)算，再由功率輸出環(huán)節(jié)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（執(zhí)行器），改變供油量大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速，為柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖轉(zhuǎn)速電磁傳感器通過(guò)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒數(shù)的變化，得到一個(gè)與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的交流頻率信號(hào)。

　　其感應(yīng)的交流頻率信號(hào)同柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、齒數(shù)有關(guān)即：試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)為德國(guó)道依茨F6L912六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，飛輪齒數(shù)130即若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min，可計(jì)算出f為3250Hz 1.2執(zhí)行器執(zhí)行器通過(guò)連桿與柴油機(jī)油門齒條相連接當(dāng)電子調(diào)速器的功放環(huán)節(jié)為其提供足夠電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁線圈流過(guò)電流對(duì)動(dòng)鐵心產(chǎn)生電磁力，用以克服回位彈簧彈力，使油門打開(kāi)，改變供油量大小。

　　1.3電子調(diào)速器電子調(diào)速器是一個(gè)按“偏差”調(diào)節(jié)原理組成的負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要由測(cè)速環(huán)節(jié)（含整形放大模塊）給定環(huán)節(jié)、控制運(yùn)算環(huán)節(jié)（由于采用數(shù)字微處理器，其算法可多樣化，如PID8運(yùn)算模糊Fuzzy9運(yùn)算等）保護(hù)模塊顯示模塊、驅(qū)動(dòng)模塊等組成目前，國(guó)內(nèi)外柴油發(fā)電機(jī)組用電子調(diào)速器大多數(shù)仍采用模擬電路實(shí)現(xiàn)〔2，〕最典型的兩家公司是美國(guó)伍德沃德公司和德國(guó)海因茲曼公司這兩家公司產(chǎn)品均采用模擬電路實(shí)現(xiàn)了PID運(yùn)算其具體實(shí)現(xiàn)上又有所區(qū)別：伍德沃德公司的比例環(huán)節(jié)上采用了鎖相環(huán)技術(shù)，其輸入為頻率量。而海因茲曼公司則采用頻壓轉(zhuǎn)換技術(shù)將電磁傳感器的頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓，再進(jìn)行比較放大對(duì)于數(shù)字電子調(diào)速器，國(guó)內(nèi)外只有美國(guó)新格斯達(dá)公司有商業(yè)化產(chǎn)品，其控制采用的是普通PID運(yùn)算，各參數(shù)整定須用配套設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整采用的基于87C51FB調(diào)速系統(tǒng)的框圖如所示。

　　2調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型分析柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)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(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，從而研究各種不同參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程品質(zhì)的影響及最佳參數(shù)范圍，為進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)、優(yōu)化算法提供可靠依據(jù)。

　　2.1柴油發(fā)動(dòng)機(jī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)本身具有非線性和開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定性，但其可用一個(gè)簡(jiǎn)單的一階模型模擬考慮到柴油機(jī)扭矩脈沖響應(yīng)延遲時(shí)間，其傳遞函數(shù)可表示為：柴油機(jī)扭矩的無(wú)因次量（s）為柴油機(jī)負(fù)載的無(wú)因次量，h（s）為柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的無(wú)因次量，U為柴油機(jī)自調(diào)性系數(shù)，f為柴油機(jī)扭矩脈沖延遲時(shí)間，Ta為柴油機(jī)轉(zhuǎn)速上升時(shí)間常數(shù)，q為每轉(zhuǎn)發(fā)火次數(shù)