天然气发动机的研究是针对世界能源的日益匮乏和环境污染问题而随之产生的。天然气是一种经济保洁性燃料,而我国富有天然气资源,因此研究天然气发动机能够充分利用国内资源,降低对国际能源市场的依赖,前景非常广阔。天然气发动机电控系统的研究是其中一个重要的研究课题。传统的电控系统大都采用单片机与计算机连接实现,速度慢,实时性不强。随着数字信号处理器的飞速发展,超高速、低功耗和强实时性的数字信号处理器DSP逐渐代替单片机,使电控系统不断完善,使天然气发动机的动力性、经济性、排放性等各项性能不断提高。本文所介绍的正是一种以DSP为控制核心的天然气发动机控制系统设计方案。 本系统主要由DSP控制处理核心、前置通道、执行机构、人机接口及电源等五部分构成。该系统将自动控制理论转变为实时应用算法移入DSP,与输入、输出部分共同构成一个稳定、可靠的负反馈系统控制气发动机的点火时刻和点火能量,使发电机产生稳定的交流电。 本文阐述了气发动机控制系统的基本工作原理,提出了总体设计方案,并给出了硬件结构及实用方法。本文详细介绍了系统控制核心部件及重要外围电路,着重讨论了模糊控制算法、软件设计以及在硬件平台上的实现。 本系统采用现今强大的数字信号处理器DSP——TMS320LF2407作为硬件控制处理核心。该芯片是市场份额占全球44%的DSP厂商美国TI公司推出的适用于工业控制的C2000系列产品之一,功耗低,执行速度快,实时控制能力强。本文比较了DSP与单片机的一些特点,分析了DSP总线结构、流水线指令执行方式和重复操作机制等方面的优势,详细介绍了TMS320LF2407芯片的CPU、存储器结构等。 本文介绍了系统的其它重要硬件电路设计——前置通道电路、执行结构电路、人机接口电路和电源电路等。前置通道主要包括转速传感器、温度传感器和预处理电路,实现采集天然气发动机的转速和温度两个重要信号,并进行放大,整形等处理;执行机构为DSP对输入信号进行测算后去调整的电路部分;人机接口包括键盘、LED显示、声光报警等部分;电源电路向整个系统分配了3组不同的电压,以满足系统需要。