伊藤汽油發(fā)電機(jī)是對(duì)外輸出電能的設(shè)備，由汽油機(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)，輸出頻率與汽油機(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)速器來調(diào)節(jié)汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)在小型汽油機(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)不可避免存在過度時(shí)間長、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)用也越來越廣泛，能源問題和環(huán)境問題日益嚴(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*的調(diào)速系統(tǒng)，能極大地提高了汽油發(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*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)用于柴油機(jī)，不能直接應(yīng)用于汽油機(jī)。

因此，開發(fā)一種可靠性高、通用性強(qiáng)和價(jià)格合理的小型汽油發(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。本文分析了汽油機(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)汽油機(jī)工況特性的分析中，得到汽油機(jī)工作過程存在不確定性、時(shí)變性和非線性的特點(diǎn)，要想建立的汽油機(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?？刂破鞯钠蜋C(jī)調(diào)速系統(tǒng)?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制具有快速響應(yīng)、魯棒性強(qiáng)、無需系統(tǒng)在線辨識(shí)、物理實(shí)現(xiàn)簡單等優(yōu)點(diǎn)，不足之處是存在抖振現(xiàn)象。針對(duì)此問題，本文將模糊控制引入到滑?？刂浦衼恚媚：刂埔?guī)則，柔化控制信號(hào)，使滑?？刂浦械亩墩竦玫较魅酢Ｓ捎谙到y(tǒng)的主要擾動(dòng)來自負(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)。zui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)速器安裝在重慶縉龍公司的2.0GF汽油發(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)簡單，可靠性高，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民生活水平的提高,內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組正得到日益廣泛的應(yīng)用。在10kW以下的發(fā)電機(jī)組中,小巧、輕便的汽油發(fā)電機(jī)組占有大部分的市場(chǎng)。目前,國內(nèi)外采用機(jī)械式調(diào)速器控制發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速,在負(fù)載變化時(shí)存在轉(zhuǎn)速調(diào)大等缺陷,影響發(fā)電機(jī)輸出電源頻率的穩(wěn)定,限制了發(fā)電機(jī)性能的進(jìn)一步提高。近年來,為適應(yīng)發(fā)電機(jī)組“輕型化”和“小型化”的要求,采用高速汽油機(jī)、永磁中頻發(fā)電機(jī)和逆變技術(shù)成為小型便攜式汽油發(fā)電機(jī)組的發(fā)展方向。 本文以小型高速汽油發(fā)電機(jī)組為被控對(duì)象,對(duì)電子調(diào)速系統(tǒng)和電源逆變系統(tǒng)進(jìn)行研究。

做了如下工作: 通過對(duì)汽油發(fā)電機(jī)組主要組成部分的結(jié)構(gòu)、原理分析,得到了發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,為控制系統(tǒng)的開發(fā)提供了理論依據(jù)。 為了滿足控制系統(tǒng)對(duì)速度和器件資源的要求,選擇CYGNAL公司C8051F040作為控制系統(tǒng)的主控芯片,進(jìn)行數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),并設(shè)計(jì)了RS-232接口,實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的串口通信,實(shí)時(shí)傳遞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 根據(jù)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品對(duì)輸出電壓、頻率以及諧波的要求,設(shè)計(jì)了基于IPM模塊的逆變電路,以及相應(yīng)的保護(hù)電路。 對(duì)針對(duì)8051系列單片機(jī)的多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTX-51進(jìn)行了分析;討論了實(shí)時(shí)響應(yīng)速度要求較高的系統(tǒng)軟件在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)平臺(tái)上設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問題;并以RTX-51為平臺(tái),設(shè)計(jì)了汽油發(fā)電機(jī)組的控制軟件。

還探討了適應(yīng)于小型汽油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的控制算法。在對(duì)控制系統(tǒng)模型的分析基礎(chǔ)上,對(duì)常用的PID控制算法以及目前受到廣泛關(guān)注的單神經(jīng)元理論進(jìn)行了分析,設(shè)計(jì)了單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器。在MATLAB中的仿真比較表明,在小型高速發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)中,單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器在保證足夠快的響應(yīng)速度的前提下,具有比一般PID控制器更好的調(diào)抑止效果。

目前,國內(nèi)外采用的機(jī)械調(diào)速器控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速,在負(fù)載變化時(shí)存在轉(zhuǎn)速調(diào)大等缺陷,影響發(fā)電機(jī)頻率的穩(wěn)定,限制了發(fā)電機(jī)性能的進(jìn)一步提高。本課題研制電子調(diào)速器來控制汽油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速,以降低轉(zhuǎn)速調(diào),提升發(fā)電機(jī)性能。整個(gè)研制工作包括實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)、制作、安裝:調(diào)速器的硬件開發(fā)和軟件設(shè)計(jì)以及調(diào)速器在KGE1000Ti汽油發(fā)電機(jī)上應(yīng)用的試驗(yàn)研究。 本調(diào)速器的控制策略為FUZZY-PID控制。PID控制器工作穩(wěn)定,在工業(yè)過程控制中應(yīng)用廣泛,因此在發(fā)電機(jī)負(fù)載變化不大時(shí)采用PID控制;由于PID控制在過渡過程時(shí)間與調(diào)量之間存在矛盾,因此在發(fā)電機(jī)負(fù)載發(fā)生較大變化時(shí)采用模糊控制。在程序中的實(shí)現(xiàn)是根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出電壓的實(shí)際脈沖數(shù)與額定脈沖數(shù)的差值△N與設(shè)定值A(chǔ)的大小關(guān)系選擇算法,當(dāng)|△N|<A時(shí),采用PID算法,當(dāng)|△N|>A時(shí),采用模糊算法。

將本調(diào)速器應(yīng)用于KGE1000Ti型汽油發(fā)電機(jī)組,進(jìn)行了PID三個(gè)參數(shù)的整定、閥值A(chǔ)的確定以及模糊控制規(guī)則的制定。 對(duì)比試驗(yàn)表明,課題研制的電子調(diào)速器對(duì)KGE1000Ti汽油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速具有較好的控制效果。試驗(yàn)所測(cè)各項(xiàng)頻率性能均優(yōu)于本田公司生產(chǎn)的機(jī)械調(diào)速式HONDA EX-7發(fā)電機(jī),該機(jī)所用發(fā)動(dòng)機(jī)與KGE1000Ti發(fā)電機(jī)所用的發(fā)動(dòng)機(jī)類型相同,其中在突加載時(shí)的瞬態(tài)頻率偏差上表現(xiàn)得尤為明顯:HONDA EX-7:≤-9.038%,使用本課題研制的電子調(diào)速器的KGE1000Ti汽油發(fā)電機(jī):≤-3.6%。 試驗(yàn)結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)相比,使用本課題研制的電子調(diào)速器的KGE1000Ti汽油發(fā)電機(jī)的頻率指標(biāo)中穩(wěn)態(tài)頻率帶β優(yōu)于JB/T10304-2001中對(duì)工頻汽油發(fā)電機(jī)組規(guī)定的G2等級(jí),瞬態(tài)頻率偏差、頻率恢復(fù)時(shí)間、相對(duì)頻率容差帶均優(yōu)于G3等級(jí)。
 

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