【揭秘】什么是柴油发电机数字调速系统？

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，图1为柴油机调速系统结构方框图。

1.1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：f—Zn／60(1)

式中厂f——输出电压频率

Z——齿轮齿数

n——柴油机转速

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／rain，可计算出厂为3250Hz。

1.2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。

二.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：

2.2执行器执行器是由螺管电磁力和恢复弹簧力构成的弹性质量系统。其传递函数可简化为一个二阶环节，见式(4)。

2.3测速环节将磁性传感器发出的频率转换成与转速成比例的方波脉冲信号。其传递函数可看作一比例环节。G(S)=K。

式中K。——测速通道放大系数

2.4系统模型 PID控制作为一种实际生产过程普遍采用的工程控制方法，具有计算量小、实时性强、易于实现等特点，因此，在调速领域被广泛采用。常规PID传递函数为：

三.调速系统各参数对动态过程的影响

从系统模型中可以看出，影响系统动态过程品质主要有两个方面：一是调节对象的时间常数T。、r0、Tk的影响，不可调节。二是PID控制时间常数TD、T1、Kp的影响，可调节，对于不同的调节对象可通过调节TD、T1、Kp参数使系统稳定，并得到满意的过渡过程。

1.柴油机时间常数T。

 时间常数Td是表征柴油机动力装置的一个主要参数，它对动态过程影响极大。Td减小时，超调量会加大，过渡过程加长。一般在1．5～4s之间。当T。一2～4s时，动态过程基本良好，Td≤1．5s时，发动机易产生振荡。总之，柴油机时间常数是衡量柴油机可控性的一个重要指标。对于6缸柴油发动机，其Td值一般在3s左右。

2.执行器时间常数Tk

 执行器时间常数Tk是执行机构的时滞时间。Tk过大，不仅超调量显著增大，而且稳定性变差。反之，Tk过小，超调量小但稳定储备量下降。因此，实际中，确保T值的适中是调节系统品质的重要方面。

3.延迟时间r。

柴油机延迟时间与柴油机转速。和气缸冲程数有关。对于一个指定的柴油机，r0仅与。有关，。减少会使r。加大。柴油机处于低速运转时系统会失去稳定性。为此，电子调速器为了能在额定工况下稳定运转，又要保证怠速工况下稳定运转，通常采取不同的控制参数，以满足两种状态下的稳定运转。由于以上参数具有时变性和非线性等特点，这就使得无法用准确的校正模型去实现转速的准确控制。从工程角度出发，对于一阶或二阶惯性环节，通过对PID参数的调整，就可获得理想的控制效果。采用的PID为模糊PID及变速积分PID。模糊PID为用模糊数学的方法调整比例系数KP，速积分PID为用分段调整积分系数KZ，达到减少超调量，效果明显。

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