柴油發(fā)電機(jī)工況特性

  柴油發(fā)電機(jī)是對(duì)外輸出電能的設(shè)備，由柴油發(fā)電機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作。發(fā)電機(jī)一般情況下為同步交流發(fā)電機(jī)，輸出頻率與柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)。因此，要保證發(fā)電機(jī)的供電品質(zhì)，必須采用調(diào)速器來(lái)調(diào)節(jié)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速。現(xiàn)在小型柴油機(jī)的調(diào)速大多采用機(jī)械調(diào)速，由于機(jī)械調(diào)速器自身有慣性滯后和摩擦阻力大的缺陷，調(diào)速時(shí)不可避免存在過(guò)度時(shí)間長(zhǎng)、穩(wěn)定性和可靠性能差等缺點(diǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，對(duì)內(nèi)燃機(jī)的控制精度和排放的要求進(jìn)一步提高。

  數(shù)字電子調(diào)速器是較為先進(jìn)的調(diào)速系統(tǒng)，能極大地提高了柴油發(fā)電機(jī)的調(diào)速性能，彌補(bǔ)了機(jī)械調(diào)速固有的缺陷，并可以用先進(jìn)的控制方法，進(jìn)一步提高調(diào)速器的性能。目前市場(chǎng)上類似的數(shù)字電子調(diào)速器大都應(yīng)用于柴油發(fā)電機(jī)，不能直接應(yīng)用于柴油發(fā)電機(jī)。因此，開發(fā)一種可靠性高、通用性強(qiáng)和價(jià)格合理的柴油發(fā)電機(jī)電子調(diào)速器勢(shì)在必行，且具有廣闊的市場(chǎng)前景。本文分析了柴油發(fā)電機(jī)的工況特性和數(shù)學(xué)模型，重點(diǎn)研究了數(shù)字式電子調(diào)速器的設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行了仿真和配機(jī)實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)一步分析了數(shù)字電子調(diào)速器的節(jié)能特性。

  在對(duì)柴油發(fā)電機(jī)工況特性的分析中，得到柴油機(jī)工作過(guò)程存在不確定性、時(shí)變性和非線性的特點(diǎn)，要想建立精確的柴油發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型比較困難，針對(duì)此系統(tǒng)本文設(shè)計(jì)了基于模糊滑模控制器的柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。滑模變結(jié)構(gòu)控制具有快速響應(yīng)、魯棒性強(qiáng)、無(wú)需系統(tǒng)在線辨識(shí)、物理實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，不足之處是存在抖振現(xiàn)象。針對(duì)此問(wèn)題，本文將模糊控制引入到滑模控制中來(lái)，利用模糊控制規(guī)則，柔化控制信號(hào)，使滑模控制中的抖振得到削弱。由于系統(tǒng)的主要擾動(dòng)來(lái)自負(fù)載突變，因此本文設(shè)計(jì)了基于負(fù)載擾動(dòng)的前饋補(bǔ)償控制系統(tǒng)。最后在MATLAB中對(duì)所設(shè)計(jì)控制器進(jìn)行了仿真分析。根據(jù)所設(shè)計(jì)的控制器，本文給出了其硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)方法及過(guò)程，硬件設(shè)計(jì)包括：控制器模塊、轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊、執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)碼顯示模塊、電源模塊、電流測(cè)量模塊等。

  軟件設(shè)計(jì)主要包括控制策略計(jì)算模塊、怠速模塊、啟動(dòng)模塊、停機(jī)模塊、負(fù)載電流測(cè)量模塊、轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊、顯示模塊等。將所設(shè)計(jì)的數(shù)字電子調(diào)速器安裝在伊藤動(dòng)力公司的2.0GF柴油發(fā)電機(jī)上進(jìn)行了配機(jī)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，數(shù)字電子調(diào)速器較原來(lái)的機(jī)械調(diào)速器具有更好的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)調(diào)速性能，并具有很好的節(jié)能效果。調(diào)速器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可靠性高，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

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