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　　柴油發(fā)電機組數(shù)字調(diào)查系統(tǒng)的設(shè)計與分析（1）曹世宏王正茂楊藝濤，等柴油發(fā)電機組數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與分析（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(jìn)行對比，并進(jìn)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，為柴油機調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖轉(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：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/min，可計算出f為3250Hz 1.2執(zhí)行器執(zhí)行器通過連桿與柴油機油門齒條相連接當(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。

　　1.3電子調(diào)速器電子調(diào)速器是一個按“偏差”調(diào)節(jié)原理組成的負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要由測速環(huán)節(jié)（含整形放大模塊）給定環(huán)節(jié)、控制運算環(huán)節(jié)（由于采用數(shù)字微處理器，其算法可多樣化，如PID8運算模糊Fuzzy9運算等）保護(hù)模塊顯示模塊、驅(qū)動模塊等組成目前，國內(nèi)外柴油發(fā)電機組用電子調(diào)速器大多數(shù)仍采用模擬電路實現(xiàn)〔2，〕最典型的兩家公司是美國伍德沃德公司和德國海因茲曼公司這兩家公司產(chǎn)品均采用模擬電路實現(xiàn)了PID運算其具體實現(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轉(zhuǎn)換為電壓，再進(jìn)行比較放大對于數(shù)字電子調(diào)速器，國內(nèi)外只有美國新格斯達(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(jìn)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(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計、優(yōu)化算法提供可靠依據(jù)。

　　2.1柴油發(fā)動機柴油發(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：柴油機扭矩的無因次量（s）為柴油機負(fù)載的無因次量，h（s）為柴油機轉(zhuǎn)速的無因次量，U為柴油機自調(diào)性系數(shù)，f為柴油機扭矩脈沖延遲時間，Ta為柴油機轉(zhuǎn)速上升時間常數(shù)，q為每轉(zhuǎn)發(fā)火次數(shù)