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1、 渤海船舶职业学院毕业论文论文题目：柴油发电机数字控制技术作 者： 指导教师： 单 位： 专 业： 船舶电气自动化 班（年）级：06级论文提交日期：2008年 12月 10日摘 要 柴油发电机组的控制系统涉及机械、传感器技术、信息处理技术、计算机控制技术和控制理论等多个领域。数字化、智能化和网络化是柴油机自控技术发展的必然趋势。 本文首先对柴油发电机组电控化方面的发展和控制系统的现状进行了介绍。主要是转速控制模块、AM模块、显示模块。对于转速控制模块，我们主要用到DSP的事件管理功能来测量转速，并通过硬件电路来产生PWM信号，驱动执行器。A/D模块我们用DSP自带的A/D模块，实现水温，油压的
2、测量。显示模块我们采用串行的液晶模块通过RS232接口和DSP相连，实现测量数据的实时显示。我们在转速控制设计中采用了参数自调整的模糊控制PID算法。 关键词：柴油发电机组、DSP、模糊PID控制目 录第一章 绪论11.1柴油发电机组调速和信号监测的发展现状.11.2柴油发电机组控制系统现状.2电子调速器与指针仪表组成的监控系统.3可编程序控制器(PLC).3专用控制器.51.3课题研究的主要内容.51.4课题研究的意义.5第二章控制系统的硬件介绍与设计62. 1控制系统的总体方案设计.62.2主控模块.72.3转速控制的实现.8转速的测量.8执行器的控制.92.4 A/D模块 102.5显示
3、模块12液晶模块介绍.12 TMS320LF2407A和液晶模块的连接.132. 6 DSP和外部RAM的连接132. 6. 1外部RAM芯片CY7C1021的介绍132. 6. 2 DSP和CY7C1021的接口 .142.7键盘处理模块152.8报警和跳闸模块15第三章控制系统的软件设计.153. 1 DSP2407的开发环境和我们的应用程序 .153.1.1主控程序 163.1.2初始化子程序 163.1.3 A/D转换程序 .173.1.4滤波子程序 .173.1.5转速控制模块子程序. 17.1模糊控制的基本原理. 17 3.1.5.2模糊控制算法的实现 .18第四章柴油发电机组的调
4、速系统模型和系统仿真.194.1柴油发电机组的调速系统模型.19 柴油机模型.194.1.2电磁执行器模型.19转速反馈环节.19 PID环节.194.2面向Simulink数字调速系统框图.20常规PID控制系统框图的建立.20不完全微分PID控制系统框图的建立. 22变速积分PID控制系统框图的建立.23模糊控制系统仿真框图的建立.244.2.4.1模糊控制器的设计.244.3 PID参数的整定.284.3.1衰减曲线法.29稳定边界法.29动态特性法.29第五章结论. 31致谢.32第一章 绪 论1.1柴油发电机组调速和信号监测的发展现状发电机上最早出现的自动调节器是1784年James
5、 Watt发明的离心式机械式调速器。第一次工业革命后，随着发动机的发展，有关调速器的发明也越来越多。至今，调速器己经历了四代产品。离心式机械调速器是第1代产品。它采用离心飞块感受转速的变化，依靠离心力与弹簧力的不平衡作用，通过机械机构驱动油量调节齿杆改变供油量来调速，20世纪40年代末50年代初出现了间接作用的机械液压式调速器，可以视为第2代产品。这种调速器的飞块产生的离心力仅用于移动控制滑阀，因而可以做得很小。用滑阀控制压力油的流动路线，压力油进入动力油缸使动力活塞移动产生很大的驱动力，作用于发动机燃油齿杆控制供油量，因而具有较大的工作能力。这种调速器在船用发动机上得到了广泛的应用。无论是机
6、械式还是机械化液压式电子调速器，由于其转速偏差信号的测量与放大都是通过机械元件来实现的，这就不可避免地存在惯性滞后及摩擦阻力大等固有缺陷，因此用这种调速器就很难实现较复杂的调节规律和控制功能，无法满足进一步降低油耗、减少有害排放、提高调节精度和自动化程度的要求。所以研究人员就把目光转向了新兴的电子技术。自50年代以来，人们尝试用电子器件代替机械器件，用电信号代替机械信号来设计调速器并取得了突破，出现了初具雏形的电子调速器。60年代，美国W00 DWARD公司推出了2301/E G-3 P型电液调速器，它由转速传感器，电子控制器和电液执行器组成，这就奠定了模拟电子调速器(第3代电子调速器)的基本
7、结构模式。其后又有许多国际大公司研制出了各种不同型号的电子调速器，它们的共同点是均由磁电式转速传感器，以模拟式PID或P I调节器为核心的转速控制器、执行器以及其它一些功能附件组成，其主要差别是控制器为适应不同场合而设置了不同的控制功能，以及所用的执行器有所不同。60年代至80年代初是模拟式电子调速器发展的鼎盛时期，并在越来越多的场合取代了传统的机械或机械化液压式调速器。由于模拟式电子调速器各项功能均由硬件电路组成，要实基于DSP的柴油发电机组控制器的设计国内柴油发电机组的生产厂家很多，但总体水平不高，在诸如可靠性、安全性、经济性、适应性、人机工程指标和最新技术的发展及应用等方面与国外相比均存
8、在一定程度的差距。近些年来随着国家改革开放政策的贯彻，不少国内厂家纷纷引进国外的先进技术或与国外合资办厂。例如，目前在国内以引进康明斯技术生产的康明斯在国内应用最为广泛、引进最为成功，在国内已形成了4BT, 6BT，6CT, MII、NT855, KT19, KT38生产或供货能力，具有强大的技术支持和坚实的维护保障能力，广泛应用于运载车和各种动力等。 基于DSP的柴油发电机组的控制器的设计满全球的发动机控制系统供应公司GAC向全球提供崭新和特有的发动机调速控制产品，GAC公司的品质保证部门保持一个完善的质量体系，并必须执行由IS09001认证的生产过程，从1996年起GAC公司依照EMC标准
9、，使多种调速器及自动均衡器得到了CE标准的认可，为康明斯、道依茨、卡特彼勒、帕金斯、富豪等等世界知名发动机提供产品和服务过；成都仪表厂与世界著名的车用调速器的生产厂家德国海茵茨蔓公司合资生产的E系列的电子调速器都具有国际八十年代水平，E型系列的电子调速器在国内分别与北京内燃机发电设备厂的6135, 12V135发动机；与上海柴油机厂的6135型柴油机；与贵州柴油机厂的6135A/8V135发动机；济南柴油机厂12V190发动机；与北京二七机车厂的12240柴油机；与天津动力机厂的6130柴油机配套使用，其调速性能可达到国军标二类甚至是一类电站的指标。上海船舶研究所的PD一型调速器和711所生产
10、的ESA1000A型调速器己广为柴油机使用，性能和可靠性都不错，稳态调频率指标可达1%以内甚至更好，瞬态指标也有大幅度的提高。 70年代以来，微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，继而出现的DSP技术是现代工业领域的一次新的技术革命。正是电子技术及微处理机的突飞猛进的发展，为柴油机电子控制系统提供了有力的技术保证。随着微处理器技术和现代控制理论的发展，柴油发动机的调速也从传统的模拟技术转向数字控制。数字式控制器具有算法灵活、精度高、抗干扰能力强等特点，自九十年代中期以来在发动机领域逐渐推广。 同时我们需要监测柴油发电机组的一些状态参数，如水温，油压并对柴油机进行保护，在油压过低和水温过高时机组自动停机并进行报警。状态参数的检测是通过专用的传感器，如压
