柴油发电机工况特性

  柴油发电机是对外输出电能的设备，由柴油发电机带动发电机工作。发电机一般情况下为同步交流发电机，输出频率与柴油机的转速有关。因此，要保证发电机的供电品质，必须采用调速器来调节柴油机的转速。现在小型柴油机的调速大多采用机械调速，由于机械调速器自身有惯性滞后和摩擦阻力大的缺陷，调速时不可避免存在过度时间长、稳定性和可靠性能差等缺点。随着经济和社会的快速发展，内燃机的应用也越来越广泛，能源问题和环境问题日益严重，对内燃机的控制精度和排放的要求进一步提高。

  数字电子调速器是较为先进的调速系统，能极大地提高了柴油发电机的调速性能，弥补了机械调速固有的缺陷，并可以用先进的控制方法，进一步提高调速器的性能。目前市场上类似的数字电子调速器大都应用于柴油发电机，不能直接应用于柴油发电机。因此，开发一种可靠性高、通用性强和价格合理的柴油发电机电子调速器势在必行，且具有广阔的市场前景。本文分析了柴油发电机的工况特性和数学模型，重点研究了数字式电子调速器的设计，然后进行了仿真和配机实验，并进一步分析了数字电子调速器的节能特性。

  在对柴油发电机工况特性的分析中，得到柴油机工作过程存在不确定性、时变性和非线性的特点，要想建立精确的柴油发电机数学模型比较困难，针对此系统本文设计了基于模糊滑模控制器的柴油机调速系统。滑模变结构控制具有快速响应、鲁棒性强、无需系统在线辨识、物理实现简单等优点，不足之处是存在抖振现象。针对此问题，本文将模糊控制引入到滑模控制中来，利用模糊控制规则，柔化控制信号，使滑模控制中的抖振得到削弱。由于系统的主要扰动来自负载突变，因此本文设计了基于负载扰动的前馈补偿控制系统。最后在MATLAB中对所设计控制器进行了仿真分析。根据所设计的控制器，本文给出了其硬件设计和软件设计方法及过程，硬件设计包括：控制器模块、转速测量模块、执行器驱动模块、数码显示模块、电源模块、电流测量模块等。

  软件设计主要包括控制策略计算模块、怠速模块、启动模块、停机模块、负载电流测量模块、转速测量模块、显示模块等。将所设计的数字电子调速器安装在伊藤动力公司的2.0GF柴油发电机上进行了配机实验，结果表明，数字电子调速器较原来的机械调速器具有更好的稳态性能和动态调速性能，并具有很好的节能效果。调速器设计简单，可靠性高，具有很高的实用价值。

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