[實用新型]小功率柴油發電機恒速恒頻雙閉環控制系統

有效

• 申請號: 201120484585.0
• 申請日: 2011-11-29
• 公開（公告）號: CN202451288U
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 梁坤峰;付主木;王程遠;高春艷;高愛云
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: F02D29/06
• 分類號: F02D29/06;F02D41/14;F02D41/30;F02D41/00
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 陳浩

技術領域

本實用新型涉及一種柴油發電機領域，特別是其控制系統。

背景技術

柴油機調速系統實質上是屬于速度控制系統，即速度閉環控制。隨著自動控制技術的發展，對發動機調速性能的要求也越來越高。發動機上最初使用的是離心式機械調速器。離心式機械調速器作為第一代調速器，調速精度較差，主要用于小型發動機調速。在70年代中期廣泛應用的液壓機械調速器可以說是第二代調速器，調節性能有所提高，曾被廣泛應用于內燃機電站調速及船舶動力裝置等。隨著發電機組容量的不斷增大及某些特殊用電對象對供電質量要求的提高，又出現了以模擬電路為核心的全電子調速器，可將其歸納為第三代調速器。近年來，柴油發動機的調速也從傳統的模擬技術轉向數字控制，出現了以微處理器為核心的第四代數字式電子調速器。如德國MTU公司的R082型，美國WOODWARD公司的PROACTI?/?II?/I?I/IV系列，日本NABCO公司的MG-80型數字電子調速器等。作為新一代電調，數字式電調具有算法靈活、精度高、抗干擾能力強等優點，自90?年代中期以來，其在發動機調速領域己逐漸推廣。

柴油機調速系統因其具有復雜的非線性、時滯、時變不確定性等特性，難以對其建立精確的數學模型。PID控制作為一種實際生產過程普遍采用的工程控制方法，具有計算量小、實時性強、易于實現等特點，因此，在調速領域被廣泛采用。目前，國內外柴油發電機組用電子調速器均是基于PID控制技術實現的，大多數仍采用模擬電路實現。最典型的兩家公司是美國伍德沃德公司和德國海因茲曼公司。這兩家公司產品均采用模擬電路實現PID運算。其具體實現又有所區別：伍德沃德公司的比例環節上采用了鎖相環技術，其輸入為頻率量。而海因茲曼公司則采用頻壓轉換技術將電磁傳感器的頻率信號轉換為電壓，再進行比較放大處理。對于數字電子調速器，國內外只有美國新格斯達公司有商業化產品，其控制仍是采用普通PID運算，各參數整定須用配套設備進行相應調整。為進一步提高數字式電調的性能指標，仍需在控制理論和控制算法等方面加強研究。

電子式調速器的國外品牌主要有德國海因茲曼公司、瑞士ABB公司、德國Bosch公司、美國AMBAC公司和美國新格斯達公司等；國內品牌主要有蘭州電源車輛研究所和上海孚創動力等。

綜合國內外研究現狀，目前，對于小功率柴油發電機組供電電壓頻率的控制均由柴油機調速器實現，用于控制小功率柴油發電機組供電頻率恒定的數字式雙閉環控制方法尚屬空白。?鑒于此，本專利提出的小功率柴油發電機組雙閉環控制方法是柴油發電機組輸出電壓頻率保持恒定的核心，可替代現有小功率柴油發電機組各種形式的調速技術，以解決強內、外擾動所造成輸出電壓頻率波動的問題。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供小功率柴油發電機恒速恒頻雙閉環控制系統，用以解決不同類型柴油機轉速的精確控制和發電機組的頻率波動問題。

為實現上述目的，本實用新型的方案是：小功率柴油發電機組恒速恒頻雙閉環控制系統，該控制系統由作為內環的柴油機轉速閉環和作為外環的發電機組頻率閉環構成，所述發電機組頻率閉環的誤差輸入經過PID控制器調節后作為柴油機轉速閉環的輸入，所述柴油機的動力輸出通過傳動系統驅動發電機組；所述發電機組頻率閉環的誤差輸入為設定頻率與發電機組頻率測量值的差值。

所述柴油機轉速閉環的輸入與柴油機轉速測量值的差值通過一個自適應轉速控制器調節后輸出到執行機構，執行機構控制連接噴油泵，通過控制噴油泵的供油量調控柴油機的轉速。

所述柴油機轉速測量值通過安裝在柴油機輸出軸上的轉速傳感器獲得。

所述發電機組頻率測量值通過設置在發電機輸出端的電壓傳感器及相應數字信號處理電路獲得。

柴油發電機組工作工程分為啟動、正常工作、負載突變和停機四個工作模式。啟動和停機工作模式采用轉速閉環對柴油機進行控制，在正常工作和負載突變工作模式下采用轉速與頻率閉環對柴油機進行控制。

根據柴油機啟動和停機信號，直接使用轉速環進行控制；設定一個穩態波動率，表征柴油機轉速的波動率，當超調率超過穩態波動率時，為負載突變工作模式，其他情況為正常工作模式。這些模式的判斷均由控制器軟件實現。

對柴油機轉速與發電機組輸出電壓頻率既可實施聯合控制，又可分別實施獨立控制，以實現柴油發電機組轉速或頻率穩定。采用本實用新型的控制系統，有效解決了因柴油機與發電機之間動力傳輸方式（如剛性聯結、柔性聯結）和變負載情況下造成的發電機組輸出電壓頻率波動問題。

附圖說明