[【程伟】基于滑模控制的汽油发电机数字式电子调速器开发.pptVIP

基于滑模控制的汽油发电机数字式电子调速器开发 研究背景 研究现状 内燃机调速器的发展大致经过了机械、液压、模拟式电子调速器、数字式电子调速器等几个阶段 对电子调速器的研究主要集中于柴油机调速器上 目前国内外对于通用汽油机的数字式电子调速器研究还比较少，国外只有少量产品面市，国内的研究大多还处于原理样机阶段，没有成型产品推出 主要研究工作 1、汽油发电机原理及模型分析 2、控制策略研究 3、数字式电子调速器软硬件设计 4、配机试验及结果分析 汽油机结构 汽油机调速原理 汽油机原理 汽油机稳态模型分析(1) 汽油机稳态模型分析(2) 汽油机稳态模型分析(3) 汽油发电机模型结构 汽油发电机稳态模型辨识 发动机对象辨识 负载扰动系统对象辨识 辨识结果 控制策略选择 滑模变结构控制基本问题 基于滑模控制理论的控制器设计 常规滑模控制器设计 Simulink仿真模块程序 Simulink仿真主程序 常规滑模控制仿真结果 准滑模控制器设计 两种滑模控制器输出比较 负载扰动前馈补偿控制器设计 带负载扰动前馈补偿的滑模控制系统 带负载扰动补偿的滑模控制仿真结果 带负载扰动补偿的滑模控制仿真结果 负载连续突变时控制系统输出 硬件系统组成 控制器选择 转速测量模块 步进电机驱动电路 负载电流检测电路 软件系统结构设计 软件各模块流程图 控制模块流程图 试验结果与分析 稳态特性试验 动态特性试验 试验结论 论文结论 展望 致谢 谢谢各位老师及同学! 转速测量模块 3. 数字式电子调速器软硬件设计 步进电机驱动电路 步进电机转动的角位移 完全与控制脉冲数成正 比，精度高； 通过改变脉冲，快速启 动、停止和制动 具有锁定能力 直接驱动时，有整步和半 步两种工作方式，步距角 分别为1.8度和0.9度； 采用步进电机驱动芯片 TA8435细分，最小细分 到0.125度 3. 数字式电子调速器软硬件设计 负载电流检测电路 通过负载电流可以估计发电机的负载值 交流电流-直流电压转换关系 4.72 4.21 3.71 3.2 2.67 2.16 1.64 1.11 0.6 0.12 输出直流电U（V） 9.00 8.12 7.25 6.39 5.48 4.55 3.62 2.71 1.80 0.90 交流电流有效值i(A) 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 负载（W） 3. 数字式电子调速器软硬件设计 （2）软件系统结构设计 3. 数字式电子调速器软硬件设计 各模块流程图 4. 配机试验及结果分析 控制模块流程图 表7.1 工频汽油发电机组的频率等级 试验结果与分析 JB/T10304-2001 《工频汽油发电机组技术条件》 JB/T5135.1-2001 《通用小型汽油机台架性能试验方法》 4. 配机试验及结果分析 （1）稳态特性试验 稳态特性试验主要考查系统的频率降及稳态频率带 稳态频率带 频率降 表7.2 稳态性能试验 从表中可以看出，频率降小于1 4. 配机试验及结果分析 （2）动态特性试验 动态特性试验主要考查系统的瞬态频率偏差和频率恢复时间 瞬态频率偏差 表7.3 负载由0%突增为100 % 表7.4 负载由100%突卸为0 % 4. 配机试验及结果分析 （3）试验结论 瞬态频率偏差大大减小，频率恢复时间大大缩短，大大改善了动态性能； 所有指标都达到了G2等级，部分已达到G3等级。 4. 配机试验及结果分析 论文总结 根据得到的系统模型，进行了滑模控制器的设计，并提出了改进方法。 完成了系统的软硬件设计，进行了配机试验，试验结果表明，所设计调速器改进了系统调速效果，达到了研究目的。 所设计的调速器，并不是简单的代替机械调速器。 本研究新颖之处 应用滑模控制理论设计了调速系统控制器，采用准滑模方法克服了抖振，设计了负载扰动前馈补偿控制器改善了系统动态性能； 自主设计了负载电流测量电路，使得前馈补偿控制器得以实现； 新增的启动、怠速等功能，提高了发电机自动化水平。 结论 展望 对排放指标、耗油量等方面进行研究，比如增加对空燃比的控制； 在配机试验中只是将设计的电子调速器和原来的机械调速器作了比较，对于本文所讨论的其他算法，还没有在配机试验时和滑模控制算法作比较，此试验可以在后续工作中进行。 研究结论对于园林机械、农业机械用汽油机，均具有参考价值 。 展望 我的研究对象其实是比较简单的，就是我们在日常生活中经常见到的汽油发电机。一般来说，汽油发电机是由一个通用汽油机和一个同步发电机共轴连接而成的。通用汽油机又称为通机，燃烧汽油产生机械能；发电机将机械能转换为电能。 通机除了应用于汽油发电机之外，广泛应用于园林和农