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基于模糊滑模控制的汽油发电机电子节能调速器开发

关注热度:114   来源:新能源学术论文  作者:林森
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【摘要】:汽油发电机是对外输出电能的设备,由汽油机带动发电机工作。发电机一般情况下为同步交流发电机,输出频率与汽油机的转速有关。因此,要保证发电机的供电品质,必须采用调速器来调节汽油机的转速。现在小型汽油机的调速大多采用机械调速,由于机械调速器自身有惯性滞后和摩擦阻力大的缺陷,调速时不可避免存在过度时间长、稳定性和可靠性能差等缺点。随着经济和社会的快速发展,内燃机的应用也越来越广泛,能源问题和环境问题日益严重,对内燃机的控制精度和排放的要求进一步提高。数字电子调速器是较为先进的调速系统,能极大地提高了汽油发电机的调速性能,弥补了机械调速固有的缺陷,并可以用先进的控制方法,进一步提高调速器的性能。目前市场上类似的数字电子调速器大都应用于柴油机,不能直接应用于汽油机。因此,开发一种可靠性高、通用性强和价格合理的汽油发电机电子调速器势在必行,且具有广阔的市场前景。 本文分析了汽油机的工况特性和数学模型,重点研究了数字式电子调速器的设计,然后进行了仿真和配机实验,并进一步分析了数字电子调速器的节能特性。 在对汽油机工况特性的分析中,得到汽油机工作过程存在不确定性、时变性和非线性的特点,要想建立精确的汽油机数学模型比较困难,针对此系统本文设计了基于模糊滑模控制器的汽油机调速系统。滑模变结构控制具有快速响应、鲁棒性强、无需系统在线辨识、物理实现简单等优点,不足之处是存在抖振现象。针对此问题,本文将模糊控制引入到滑模控制中来,利用模糊控制规则,柔化控制信号,使滑模控制中的抖振得到削弱。由于系统的主要扰动来自负载突变,因此本文设计了基于负载扰动的前馈补偿控制系统。最后在MATLAB中对所设计控制器进行了仿真分析。 根据所设计的控制器,本文给出了其硬件设计和软件设计方法及过程,硬件设计包括:控制器模块、转速测量模块、执行器驱动模块、数码显示模块、电源模块、电流测量模块等。软件设计主要包括控制策略计算模块、怠速模块、启动模块、停机模块、负载电流测量模块、转速测量模块、显示模块等。 将所设计的数字电子调速器安装在重庆缙龙公司的2.0GF汽油发电机上进行了配机实验,结果表明,数字电子调速器较原来的机械调速器具有更好的稳态性能和动态调速性能,并具有很好的节能效果。调速器设计简单,可靠性高,具有很高的实用价值。
【关键词】:汽油发电机 模糊滑模控制 数字电子调速器 前馈补偿
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TM314;TP273.4
【目录】:
  • 摘要3-4
  • ABSTRACT4-9
  • 1 绪论9-14
  • 1.1 课题的背景及研究的意义9-10
  • 1.1.1 问题的提出9
  • 1.1.2 研究的意义9-10
  • 1.2 国内外研究现状10-12
  • 1.2.1 数字电子调速器的产生和发展10-11
  • 1.2.2 柴油机电子调速技术发展现状11-12
  • 1.2.3 汽油机电子调速技术发展现状12
  • 1.3 本文研究的目的和内容12-13
  • 1.3.1 本文研究的目的12-13
  • 1.3.2 本文所做的主要研究工作13
  • 1.4 小结13-14
  • 2 汽油发电机工作原理与转速调节规律14-20
  • 2.1 汽油机结构与工作原理14-15
  • 2.1.1 汽油机工作原理14-15
  • 2.1.2 汽油机的燃油供给系统15
  • 2.2 汽油机工作特性15-17
  • 2.3 同步发电机工作原理17-18
  • 2.4 汽油发电机模型分析18-19
  • 2.5 小结19-20
  • 3 基于模糊滑模控制器的控制器设计20-37
  • 3.1 控制任务分析20
  • 3.2 控制策略选择20-21
  • 3.2.1 PID 控制20
  • 3.2.2 滑模变结构控制20-21
  • 3.2.3 模糊滑模变结构控制21
  • 3.3 滑模变结构控制理论21-24
  • 3.3.1 滑模变结构控制21
  • 3.3.2 滑模控制基本原理21-23
  • 3.3.3 滑模变结构控制的抖振问题23-24
  • 3.4 模糊控制24-27
  • 3.4.1 模糊控制原理24-25
  • 3.4.2 模糊控制器设计25-27
  • 3.5 基于模糊滑模控制器的控制器设计27-36
  • 3.5.1 汽油发电机控制系统数学模型28-29
  • 3.5.2 模糊滑模变结构控制器的设计29-31
  • 3.5.3 仿真结果及分析31-36
  • 3.6 小结36-37
  • 4 数字式电子调速器软硬件设计37-47
  • 4.1 数字式电子调速器硬件设计37-42
  • 4.1.1 控制器硬件组成及功能37
  • 4.1.2 控制器硬件功能模块设计37-42
  • 4.2 数字式电子调速器软件设计42-46
  • 4.2.1 软件控制功能要求和设计方法42
  • 4.2.2 软件设计总体结构42-43
  • 4.2.3 软件主要功能模块设计43-46
  • 4.3 小结46-47
  • 5 试验结果与分析47-56
  • 5.1 试验设备及其条件47-49
  • 5.2 稳态性能和动态性能实验49-50
  • 5.2.1 稳态特性试验49
  • 5.2.2 动态特性试验49-50
  • 5.3 电子调速与机械调速效果比较50-52
  • 5.4 电子调速与机械调速能耗效果比较52-55
  • 5.5 小结55-56
  • 6 结论与展望56-58
  • 6.1 全文总结56
  • 6.2 本研究的新颖之处56-57
  • 6.3 展望57-58
  • 致谢58-59
  • 参考文献59-62
  • 附录62-63
  • A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录62
  • B. 获奖情况62-63
  • C. 数字式电子调速器 PCB 图63


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关键词: 汽油发电机

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