小型汽油發(fā)電機(jī)作為人們?nèi)粘Ｉ顐溆秒娫粗辉诂F(xiàn)今生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,而伴隨著科技的進(jìn)步和人們對(duì)綠色環(huán)保概念的重視,使得小型汽油發(fā)電機(jī)的發(fā)展從傳統(tǒng)的系統(tǒng)逐漸往變頻調(diào)速控制系統(tǒng)方向研究,采用逆變技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)是小型汽油發(fā)電機(jī)領(lǐng)域今后發(fā)展的趨勢(shì)和方向。本論文針對(duì)國(guó)內(nèi)小型汽油發(fā)電機(jī)變頻控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀,對(duì)汽油機(jī)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究,首先從控制系統(tǒng)的EMC設(shè)計(jì)出發(fā)對(duì)系統(tǒng)硬件部分各個(gè)模塊進(jìn)行整體的方案比較和確定,并且設(shè)計(jì)了適合本變頻控制系統(tǒng)的汽油機(jī)點(diǎn)火器。
著重對(duì)汽油機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)進(jìn)行研究,分析了汽油機(jī)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)情況下的數(shù)學(xué)模型并且分析了適合本控制系統(tǒng)的幾種控制算法,結(jié)合各個(gè)控制算法的優(yōu)缺點(diǎn)終設(shè)計(jì)了PID-Fuzzy復(fù)合控制器,并且通過(guò)仿真結(jié)果對(duì)比表明本控制器的優(yōu)越性。本論文還針對(duì)控制系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì),特別是對(duì)系統(tǒng)安全性角度出發(fā)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。通過(guò)硬件保護(hù)電路和安全保護(hù)程序雙重作用使得整個(gè)控制系統(tǒng)安全可靠并且大大增加了系統(tǒng)的使用壽命。后本論文依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽油機(jī)控制系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試,為了體現(xiàn)本控制系統(tǒng)的優(yōu)越性,分別與國(guó)內(nèi)產(chǎn)品(Kipor)和國(guó)外產(chǎn)品(本田)在各個(gè)性能參數(shù)上進(jìn)行比對(duì),終得到的結(jié)果顯示本控制系統(tǒng)在絕大多數(shù)性能上要優(yōu)于這兩款產(chǎn)品,實(shí)驗(yàn)表明本變頻控制系統(tǒng)性能優(yōu)異成本較低,值得推廣。
小型汽油發(fā)電機(jī)組具有體積小、重量輕、移動(dòng)方便等特點(diǎn),常被作為小型商場(chǎng)、娛樂(lè)場(chǎng)所、無(wú)人值守變電站等的備用電源而廣泛應(yīng)用,而且在國(guó)防設(shè)施、石油平臺(tái)、野外勘探、移動(dòng)通信以及災(zāi)害救援等領(lǐng)域也是不可缺少的關(guān)鍵裝備之一。汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性是影響汽油發(fā)電機(jī)各項(xiàng)電氣性能指標(biāo)的重要因素之一,但目前汽油機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量與控制主要通過(guò)機(jī)械元件實(shí)現(xiàn),就不可避免地存在慣性滯后、摩擦阻力大、調(diào)節(jié)粗糙等缺陷,其轉(zhuǎn)速調(diào)整率一般在士10%左右。如果用這種汽油機(jī)去帶動(dòng)發(fā)電機(jī),其輸出電壓調(diào)整率和穩(wěn)態(tài)頻率帶將較大。
致力于應(yīng)用的智能控制和數(shù)字電子技術(shù),設(shè)計(jì)一種智能數(shù)字式電子調(diào)速器,來(lái)解決機(jī)械式調(diào)速和常規(guī)模擬PID控制在汽油同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中的局限性。本文分析了汽油同步發(fā)電機(jī)的工作原理,研究了它在改變負(fù)載、轉(zhuǎn)換節(jié)氣門(mén)開(kāi)度時(shí)的工況,并建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,其中包含有勵(lì)磁飽和等非線性環(huán)節(jié),得出了引入數(shù)字式電子調(diào)速器的必要性。調(diào)好參數(shù)的常規(guī)PID控制器應(yīng)用于非線性系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)時(shí),隨著工況不同系統(tǒng)性能會(huì)變差甚至不穩(wěn)定,不能從根本上解決動(dòng)態(tài)品質(zhì)和穩(wěn)態(tài)性能之間的矛盾。而模糊控制模擬人類(lèi)的思維方法,把對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的控制規(guī)則化、知識(shí)化,運(yùn)算迅速而且又容易掌握,但是控制精度較差,無(wú)法徹底消除靜差。
如果把二者有機(jī)結(jié)合起來(lái),就可以揚(yáng)長(zhǎng)避短,既具有模糊控制算法編制靈活和適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),又具有PID控制精度高的特點(diǎn)。使用智能多模態(tài)控制,根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài),實(shí)時(shí)切換到控制算法,達(dá)到系統(tǒng)快速性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性指標(biāo)之間的結(jié)合。Matlab仿真結(jié)果表明,使用多模態(tài)控制比數(shù)字PID控制能夠?qū)崿F(xiàn)更小的超調(diào)量和更短的調(diào)節(jié)時(shí)間,從而達(dá)到更好的動(dòng)態(tài)性能。本設(shè)計(jì)是在三鼎SDQF2-II型單相汽油發(fā)電機(jī)組上實(shí)現(xiàn)的,控制系統(tǒng)以單片機(jī)微控制器為中心,具有頻率測(cè)量與顯示、控制運(yùn)算、節(jié)氣門(mén)控制輸出、報(bào)警保護(hù)、與計(jì)算機(jī)通信等功能模塊,設(shè)計(jì)過(guò)程分為硬件和軟件兩個(gè)部分。進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)和負(fù)載切換的動(dòng)態(tài)試驗(yàn),并用計(jì)算機(jī)端應(yīng)用程序來(lái)記錄汽油發(fā)電機(jī)運(yùn)行的頻率和節(jié)氣門(mén)開(kāi)度等數(shù)據(jù),以測(cè)試控制算法實(shí)際效果。在應(yīng)用了多模態(tài)控制方法以后,實(shí)現(xiàn)了國(guó)家機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工頻汽油發(fā)電機(jī)組JB/T10304-2001規(guī)定的G2頻率等級(jí)。由于使用單片機(jī)微控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),對(duì)不同型號(hào)選用合適的控制參數(shù),就可以使用本文設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子調(diào)速器進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
