柴油发电机数字控制技术-船舶学院毕业论文 ㊣ 精品文档 值得下载

在线修改，以满足不同和时对控制参数的不同要求，而使被控对象有良好的动静态性能。

具体来说就是我们先离线建立控制三个参数的查询表，存储到中，编制个查询子程序，在实际控制时，我们在个控制周期中，将获得的实际误差转速和它的变化分别乘以它们的量化因子，取得相应论域元素所需要的值后，通过查找表中相应的行和列，可立刻得到控制变化量，得到实际的控制量变化值，然后进行常规的控制，实现我们转速的控制。

它的程序流程框图如图所示。

第四章柴油发电机组的调速系统模型通过对柴油发电机组进行速度控制我们需要建立柴油发电机组的调速系统模型，建立系统模型后我们可以对它用的对它进行仿真研究，比较采用常规，变积分控制，不完全微分控制，和模糊控制的不同效果。

研究不同参数对系统动态过程品质的影响，为进般改进和设计算法提供依据。

柴油发电机组的调速系统模型柴油机模型柴油机结构复杂，影响因素众多，而且存在大量的非线性因素，因此用数学方法对其特性加以准确描述具有很大困难，在建模分析中需要做很多假设和简化处理柴油机的输入量是执行器的输出轴位移，输出量是柴油机的转速，国内外有关研究人员在柴油机调速系统仿真分析计算方面做了不少的工作，采用的柴油机模型般是阶惯性环节，加延迟环节е，实验证明能达到定的精度。

电磁执行器模型电磁执行器实质上是螺线管型直流线性比例电磁铁采用阶跃响应实验建立了电磁执行器的无量纲化模型，执行器是将调速器的输出电压转换为与输入信号成比例的输出轴位移。

定义执行器的时间常数位，增益位，它的传递函数为转速反馈环节数字式电子调速器的转速反馈环节主要是转速传感器和转换电路，将转速传感器获得的频率信号转换为方波脉冲信号，它的输入是柴油机的转速，输出量是与转速度正比例的电压信号，定义它的增益为，传递函数可看作比例环节环节转速调节采用控制输入量是转速偏差信号，输出量是控制执行器的控制电流。

在计算机控制中使用数字控制，离散表达式为面向数字调速系统框图建立了柴油发电机组调速系统的各模型后，我们用的工具建立基于常规控制，变速积分控制，不完全微分控制和模糊控制的调速系统框图，下面分别进行介绍，首先介绍下常规控制，变速积分，不完全微分控制然后得出它们的系统仿真框图。

常规控制系统框图的建立模拟控制系统原理框图如图所示。

控制器是种线性控制器。

它根据给定值和实际输出值构成控制偏差将偏差的比例，积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称控制器。

其控制规律为式中，为调节器的输出信号为调节器的偏差信号，等于测量值与给定值之差为调节器的比例系数为调节器的积分时间为调节器的微分时间。

控制器各校正环节的作用如下比例环节即时成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度。

积分作用的强弱取决于积分时间常数，越大，积分作用越弱，反之则越强微分环节反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入个有效的早期的修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。

计算机控制是种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。

需要采用离散化方法，在计算机控制系统中，采用数字控制。

位置式控制算法我们对式进行离散化处理，按模拟控制算法，以系列的采样点代表连续的时间，以矩形法数值积分近相似代替积分，以阶后向差分近似代替微分，即增量式控制算法当执行机构需要的是控制量的增量时采用增量式控制。

控制算法如下式表示第次输出的增量，即在第次的基础上增加或减少的量，所以上式叫做增量式控制算式。

下面是它的系统仿真框图，如图所示不完全微分控制系统的建立在控制中，微分信号的引入可以改善系统的动态特性，但也容易引起高频干扰，在误差突变时尤其显出微分项的不足。

在控制算法中加入低通滤波器，则可使系统性能得到改善。

微分环节反映了偏差信号的变化趋势，能在偏差信号值变得过大之前，在系统中引入个有效早期修正信号，从而加快系统的动作速度，缩短调节时间，改善了系统的动态性能。

但是微分环节对于干扰特别敏感，微分项仅在偏差突变后的第个周期起激励作用，对于时间常数较大的系统，其调节作用很小，不能达到超前控制误差的目的，并且微分项的幅值般较大，易造成微分项的过大过快变化，不利于系响应速度变慢，延长调节时间，使系统动态和静态特征变坏。

积分作用系数的作用是消除系统的稳态误差。

越大，系统的静态误差消除越快，但过大，在响应过程的初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较大超调。

但过小会使系统的静态误差难以消除，影响系统的调节精度。

微分的作用系数的作用是改善系统的动态特征，其主要作用是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变化进行提前预报。

但过大，会使响应过程提前制动，延长了调节时间，而且会降低系统的抗干扰性能。

下面是我们进行模糊控制控制的系统仿真框图，如图所示。

参数的整定虽然控制器调节简单直接，但要迅速设计出个控制性能优良的控制器也并非易事。

的三个控制参数中，比例系数价增大，会使系统动作灵敏在系统稳定的情况下，增大值，有利于减少稳态误差提高控制精度但随着的增大，系统啊应过程中的振荡次数会增多，调节时间增长当值太大时，系统将趋于不稳定若值太小，会降低系统响应速度。

积分时间常数，太小时，系统将不稳定，振荡次数较多但太大时，积分作用对系统胜能的影响减小，不利于消除系统的稳态误差，难以获得较高的控制精度。

微基于的柴油发电机组的控制器的设计分控制作用可以改善系统的动态性能，提高控制精度但微分时间常数偏大或偏小时，都会使超调量增大，调节时间加长。

由此可见，控制参数设置是控制器设计成功与否的关键，即设计控制器的关键在于控制参数的整定。

数字控制参数的整定是，首先按模拟控制参数整定的方式来选择，然后再适当调整，考虑采样周期对整定参数的影响。

下面介绍几种常用的参数的整定方法衰减曲线法首先选用纯比例控制，给定值做阶跃扰动，从较大的比例带开始，逐步减小，直到被控量出现如图所示的衰减过程为止。

记下此时的比例带两相邻波峰之间的时间。

然后，按表经验公式计算比例带，积分时间和微分时间。

稳定边界法这种方法需要做稳定边界实验。

实验步骤是，首先选用纯比例控制，给定值作阶跃扰动，从较大的比例带开始，逐步减小，直到被控量出现如图所示的临界振荡为止，记下此时的临界振荡周期和临界比例带。

然后按下表的经验公式计算比例带，积分时间和微分时间。

表衰减曲线法整定参数动态特性法以上方法直接在闭环系统上进行参数整定。

而动态特性法却是在系统处于开环情况下进行参数整定。

首先做被控对象的阶跃响应曲线如图所示，从该曲线上求得被控对象的纯延迟时间，时间常数和放大系数。

然后按表经验公式计算比例带，积分时间和微分时间。

针对采样控制的特点，按表计算时，要用等效纯延迟时间代替参数整定公式中的纯延迟时间。

所谓等效延迟时间就是被控对象的纯延迟时间加采样周期的半，这样得到的控制参数更接近数字控制系统。

第五章结论本文通过对柴油发电机组的研究，设计了基于柴油发电机组的控制器，实现转速控制和状态参数的监测，完成了硬件设计和软件设计，同时进行了系统的仿真研究，通过对系统的研究开发，得出以下结论柴油发电机组的数字调速器比传统的模拟调速器可靠性更高，适应性强，动态响应快，控制精度也更高，同时抗干扰能力也更强。

同时主要是通过软件实现调速功能，升级也更方便。

本文采用为核心设计了柴油发电机组的硬件系统，通过开发环境，用语言开发应用程序实现了柴油发动机组的转速闭环控制和各部分功能模块的实现，由于各部分都是通过软件实现的，所以有很强的适应性。

完成了柴油发动机组的状态参数的实时的检测和显示。

这是通过的模块对柴油发动机组的水温和油压进行实时检测，水温水压通过传感器经过运放和滤波电路进入的模块的，通过处理后再通过的工模块实现液晶显示。

由于柴油发电机组具有非线性和时变性，并且其数学模型不是十分精确，常规不能对其进行很好的控制，本文采用模糊自适应控制，系统的响应速度更快，超调量更小，调速精度更高，并且环境适应性更强，大大地提高了系统的整体性能。

致谢本论文是在导师副教授的悉心指导下完成的。

导师的知识严谨的治学态度对学术执着的追求精神给我留下了非常深刻的印象，学习上对我严格要求，生活上给予我无微不至的关怀，让我学到了许多有用的知识和为人处世的道理，在论文完成之际，向导师表示衷心的感谢和诚挚的敬意。

最后感谢我的家人和我的同事以及我所有的亲人，是他们给了我精神上的鼓励和经济上的支持，让我顺利的完成学业。

，统的稳定和安全。

系统对微分项的要求是微分项输出在偏差突变后的第个周期不能过大，并随时间的推移逐步衰减而不是在下个周期就不起作用。

为此，本文将微分项分为两部分，部分是对当前偏差的部分微分，另部分是前次微分输出的衰减余量。

因为这种微分项计算只是对当前偏差进行部分微分，所以这种方法又叫不完全微分。

不完全微分的微分项计算公式为其中为微分衰减率式中的前部分为对本次偏差的不完全微分，后部分为前次微分输出的衰减余量。

显然上式能满足系统对微分项的要求。

所以不完全微分能有效克服完全微分的不足，具有较理想的控制特性。

变速积分控制系统的建立在普通的控制算法中，由于积分系数是常数，所以在整个控制过程中，积分增量不变。

而系统对积分项的要求是，系统偏差大时积分作用应减弱甚至全无，而在偏差小时则应加强。

积分系数大了会产生超调，甚至积分饱和，取小了又难以消除静差。

因此，如何根据系统偏差大小改变积分的速度，对于提高系统品质是很重要的。

变速积分可以较好的解决这问题。

变速积分的基本思想是，设法改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应偏差越大，积分越慢，反之越快。

为此