电控柴油发电机组中央控制器的研究与设计

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柴油发电机组作为主要的供电设备,其主要用途是作为自备电源、备用电源、替代电源、移动电源和消防电源,它以供电平稳、使用方便、受环境影响较小以及可靠性高等众多优点,作为供电设备被广泛应用在各种场所。中央控制器是对柴油发电机组进行综合控制与监测的电控设备,它是控制柴油发电机组产生稳定电能的关键。在柴油发电机组中,柴油机转速的稳定决定了发电机输出电能的稳定,因此柴油机必须装备调速器,才能保证在负载及外界环境变化下保持稳定转速输出。本文正是从这个角度出发,设计一个柴油机转速调节系统,以达到控制柴油发电机组输出电能稳定的目的。首先,本文在研究分析国内外柴油机调速系统以及控制策略的基础上,分析了喷油器和柴油机的工作原理以及运动过程,并且建立了被控对象的数学模型。然后分析了常规PID的控制原理,并针对其控制方法的局限性,提出了用模糊控制方法,对PID控制参数进行实时整定的控制方法,并对这种复合型控制算法的可行性进行了仿真实验。仿真结果表明,这种自整定模糊PID控制算法相较于常规PID控制算法,在对柴油机转速的控制中具有更好的控制效果,并且抗干扰能力也有所提高。其次,本文对柴油发电机组调速系统作了硬件设计。硬件电路是以STM32F107VCT6芯片为控制核心,模拟和数字电路作为传感器信号的采集和处理的接口电路,MCGS触控屏作为整个系统的监控平台。实时的转速值是通过采集曲轴位置传感器信号得到的,输出是通过控制驱动电流的时间来控制喷油量,从而达到控制转速的目的。该电路对传感器信号具有较快的采集速度和较高的转换精度,并且凭借计算能力较强的STM32控制芯片,能够对转速实现实时快速控制,同时,该电路对温度、压力信号进行实时采集显示,具有很高的可靠性,这些温度、压力信号还可以作为校正参数对喷油量进行校正,改善了控制效果。最后,本文设计了柴油发电机组调速系统的软件程序。软件设计实现了模糊PID控制算法程序设计、STM32基本功能模块的程序设计以及与MCGS触控屏进行通讯的ModbusRTU通讯程序设计。软件设计是以库函数开发方式实现的,具有开发速度快,可维护性强等优点。然后设计了基于组态软件的MCGS触控屏人机交互界面,方便使用者对柴油发电机组进行实时监控。
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