柴油发电机组数字调查系统的设计与分析（1）曹世宏王正茂杨艺涛，等柴油发电机组数字调速系统的设计与分析（1）曹世宏\王正茂\杨艺涛\程志军2（1.西安交通大学，陕西西安710040；2总后建工所，陕西西安710032）1调速基本原理柴油发动机调速系统是通过安装在飞轮壳上的转速电磁传感器检测出转速的变化，通过电子调速器的控制，由执行器带动油门拉杆，调节供油量大小，从而实现转速自动调节的目的该调速系统主要由转速检测单元、电子调速器单元及执行机构等部分组成检测部分主要是由转速电磁传感器及飞轮齿圈组成，电磁传感器从飞轮齿圈测得发动机的转速，并将其变换成与转速成正比的脉冲信号输入给电子调速器，电子调速器将转速信号与给定转速信号进行对比，并进行相应的控制运算，再由功率输出环节驱动执行机构（执行器），改变供油量大小，自动调节柴油机的转速，为柴油机调速系统结构方框图转速电磁传感器通过检测发动机飞轮齿数的变化，得到一个与柴油机转速成正比的交流频率信号。

　　其感应的交流频率信号同柴油机转速、齿数有关即：试验用发动机为德国道依茨F6L912六缸发动机，飞轮齿数130即若发动机转速为1500r/min，可计算出f为3250Hz 1.2执行器执行器通过连杆与柴油机油门齿条相连接当电子调速器的功放环节为其提供足够电流驱动时，励磁线圈流过电流对动铁心产生电磁力，用以克服回位弹簧弹力，使油门打开，改变供油量大小。

　　1.3电子调速器电子调速器是一个按“偏差”调节原理组成的负反馈调节系统，主要由测速环节（含整形放大模块）给定环节、控制运算环节（由于采用数字微处理器，其算法可多样化，如PID8运算模糊Fuzzy9运算等）保护模块显示模块、驱动模块等组成目前，国内外柴油发电机组用电子调速器大多数仍采用模拟电路实现〔2，〕最典型的两家公司是美国伍德沃德公司和德国海因兹曼公司这两家公司产品均采用模拟电路实现了PID运算其具体实现上又有所区别：伍德沃德公司的比例环节上采用了锁相环技术，其输入为频率量。而海因兹曼公司则采用频压转换技术将电磁传感器的频率信号转换为电压，再进行比较放大对于数字电子调速器，国内外只有美国新格斯达公司有商业化产品，其控制采用的是普通PID运算，各参数整定须用配套设备进行相应调整采用的基于87C51FB调速系统的框图如所示。

　　2调速系统数学模型分析柴油机调速系统实质上是属于速度控制系统，即速度闭环控制本文要介绍该闭环控制中各环节的数字模型，并以PID校正为例，利用频率法对系统稳定性进行了分析，从而研究各种不同参数对系统动态过程品质的影响及最佳参数范围，为进一步改进设计、优化算法提供可靠依据。

　　2.1柴油发动机柴油发动机本身具有非线性和开环不稳定性，但其可用一个简单的一阶模型模拟考虑到柴油机扭矩脉冲响应延迟时间，其传递函数可表示为：柴油机扭矩的无因次量（s）为柴油机负载的无因次量，h（s）为柴油机转速的无因次量，U为柴油机自调性系数，f为柴油机扭矩脉冲延迟时间，Ta为柴油机转速上升时间常数，q为每转发火次数