基于模糊滑模控制的汽油发电机电子节能调速器开发

【摘要】：汽油发电机是对外输出电能的设备，由汽油机带动发电机工作。发电机一般情况下为同步交流发电机，输出频率与汽油机的转速有关。因此，要保证发电机的供电品质，必须采用调速器来调节汽油机的转速。现在小型汽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，能极大地提高了汽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机，不能直接应用于汽油机。因此，开发一种可靠性高、通用性强和价格合理的汽油发电机电子调速器势在必行，且具有广阔的市场前景。 本文分析了汽油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。 在对汽油机工况特性的分析中，得到汽油机工作过程存在不确定性、时变性和非线性的特点，要想建立精确的汽油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汽油机调速系统。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重庆缙龙公司的2.0GF汽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。 【关键词】：汽油发电机 模糊滑模控制 数字电子调速器 前馈补偿
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM314;TP273.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 课题的背景及研究的意义9-10
• 1.1.1 问题的提出9
• 1.1.2 研究的意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 数字电子调速器的产生和发展10-11
• 1.2.2 柴油机电子调速技术发展现状11-12
• 1.2.3 汽油机电子调速技术发展现状12
• 1.3 本文研究的目的和内容12-13
• 1.3.1 本文研究的目的12-13
• 1.3.2 本文所做的主要研究工作13
• 1.4 小结13-14
• 2 汽油发电机工作原理与转速调节规律14-20
• 2.1 汽油机结构与工作原理14-15
• 2.1.1 汽油机工作原理14-15
• 2.1.2 汽油机的燃油供给系统15
• 2.2 汽油机工作特性15-17
• 2.3 同步发电机工作原理17-18
• 2.4 汽油发电机模型分析18-19
• 2.5 小结19-20
• 3 基于模糊滑模控制器的控制器设计20-37
• 3.1 控制任务分析20
• 3.2 控制策略选择20-21
• 3.2.1 PID 控制20
• 3.2.2 滑模变结构控制20-21
• 3.2.3 模糊滑模变结构控制21
• 3.3 滑模变结构控制理论21-24
• 3.3.1 滑模变结构控制21
• 3.3.2 滑模控制基本原理21-23
• 3.3.3 滑模变结构控制的抖振问题23-24
• 3.4 模糊控制24-27
• 3.4.1 模糊控制原理24-25
• 3.4.2 模糊控制器设计25-27
• 3.5 基于模糊滑模控制器的控制器设计27-36
• 3.5.1 汽油发电机控制系统数学模型28-29
• 3.5.2 模糊滑模变结构控制器的设计29-31
• 3.5.3 仿真结果及分析31-36
• 3.6 小结36-37
• 4 数字式电子调速器软硬件设计37-47
• 4.1 数字式电子调速器硬件设计37-42
• 4.1.1 控制器硬件组成及功能37
• 4.1.2 控制器硬件功能模块设计37-42
• 4.2 数字式电子调速器软件设计42-46
• 4.2.1 软件控制功能要求和设计方法42
• 4.2.2 软件设计总体结构42-43
• 4.2.3 软件主要功能模块设计43-46
• 4.3 小结46-47
• 5 试验结果与分析47-56
• 5.1 试验设备及其条件47-49
• 5.2 稳态性能和动态性能实验49-50
• 5.2.1 稳态特性试验49
• 5.2.2 动态特性试验49-50
• 5.3 电子调速与机械调速效果比较50-52
• 5.4 电子调速与机械调速能耗效果比较52-55
• 5.5 小结55-56
• 6 结论与展望56-58
• 6.1 全文总结56
• 6.2 本研究的新颖之处56-57
• 6.3 展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-62
• 附录62-63
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录62
• B. 获奖情况62-63
• C. 数字式电子调速器 PCB 图63

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

自适应模糊滑模控制裹包机PMSM交流伺服系统    陈兴国;钟定铭;王力;陈玮;

交流伺服系统的滑模变结构加速度控制法研究    郭庆鼎，王成元，王丽梅，于冬梅

交流永磁同步电机伺服系流模糊自调整技术的研究    李叶松,程善美,邓忠华,秦忆

多功能数字式电子调速器的实验研究    宋恩哲,陆平,孙军,钱阳军

柴油机转速模糊控制的一种算法及其实现    胡大斌,陈国钧

柴油机电子调速器的研究现状及发展趋势    胡明江,杨铁皂,徐斌,张保恒

我国小型汽油机现状及“十一五”期间的发展思路    王恒

在线变参数PID单片机调速器    杨昌文

电子调速器在汽油机中的应用    刘峰,杨明金,蒋猛,杨仕,杨玲,陈建

柴油机数字式电子调速器的技术现状与发展趋势    吴民桥,朱从乔,潜伟建,杨胜国

Honda GX31汽油机电子调速器的研究    赵铮

KGE1000Ti汽油发电机电子调速器的研制    陈国英

小功率汽油发电机组数字电子调速器的研究    杨长圣

电子节气门汽油机过渡工况控制的仿真研究    冯先振

变频器在锅炉燃烧系统中的应用    谢发忠;马修水;聂宗瑶;

冷水机组群控的设计与实现    奚伟东;

基于HC900控制器的抗生素发酵过程控制系统    梁云峰;谷凤民;虎恩典;

滑模控制中一类趋近律的改进    孔祥梅;李宏光;

基于音乐特征的音乐喷泉基本表演程序库的设计    刘莉宏;

专家控制在音乐喷泉中的应用    刘莉宏;

基于智能控制的PID控制方式的研究    刘莉宏;

激光制导炸弹滚转通道的滑模变结构控制    沈毅,王焕钢,丁兆顺

带积分项的火箭炮最优化滑模伺服控制    朱玉川;马大为;李志刚;乐贵高;

火箭炮交流伺服系统全局滑模控制    陈福红;马大为;杨必武;朱忠领;

无轴承异步电机径向悬浮力的微分几何变结构解耦控制    董磊;刘贤兴;孙宇新;

漂浮基空间机械臂姿态、关节协调运动的模糊变结构滑模控制    梁捷;陈力;

基于模糊的电气伺服系统等效滑模变结构控制    杨林;樊立萍;

基于滑模观测器和变结构控制的小卫星姿态控制系统设计    张娴;程月华;姜斌;

滑模变结构控制削弱抖振的一种方法    李岳明;郭冰洁;庞永杰;

针对时滞系统的RBF神经网络滑模控制策略    王亚慧;程培新;赵亚丹;张桐;

基于滑模控制的无轴单张纸输纸机同步控制    管力明;林剑;胡更生;

基于正交多项式回归分析方法的系统辨识研究    苏维均;杨化庭;刘载文;

新型切换函数滑模控制    李岳明;万磊;王波;

基于云模型的非线性系统智能滑模控制    孙衢;王永玉;

蒸汽发生器检修机械手路径规划及控制方法研究    周芳

绳索牵引机器人及虚拟重力系统研究    刘攀

基于直接横摆力矩控制的车辆稳定性研究    刘翔宇

Buck型逆变器高阶系统布尔型滑模控制及反馈线性化最优控制研究    陈江辉

线控转向系统主动安全预测控制策略的研究    罗石

客车行驶稳定性控制的关键技术研究    褚端峰

发动机台架试验过程实时监测与预警方法研究    赵雷刚

基于输出预测和LMI方法的电力系统广域阻尼控制研究    罗珂

感应电机无速度传感器直接转矩控制关键技术研究    张志锋

基于反推技术的永磁直线同步电机控制策略研究    关丽荣

水下作业机械手抓取力伺服控制的研究    汪步云

平面二级倒立摆的控制策略研究    张蛟龙

基于逆变器的直流无源滤波器的优化设计及其可视化算法    况清龙

基于Hopfield神经网络控制系统的研究    陈少华

迟滞系统的滑模变结构控制算法研究    何凤平

预测函数控制系统的鲁棒性研究    武海博

柴油机电液调速技术研究    田雨

柴油机大小涡轮相继增压控制参数研究与排气连通管设计    朱清

减摇鳍电液负载仿真台控制系统的分析设计    王仁政

二级倒立摆控制方法研究    姜辉

连续型模糊PID复合控制器在直流位置伺服系统中的应用    黄鸿,唐毅,张燕

一种新的数字调速器的设计及实验    赵志强,韩秀坤,程昌圻

国外轻型汽油车排放法规及控制技术的发展概况    肖亚平

DSP全模糊控制包装机的凸轮定位差动器的交流伺服系统    陈兴国,钟定铭,陈玮

柴油机电子调速器微机控制系统设计    杨治平

基于智能功率模块PM30RSF060的驱动和保护电路设计    陈军平,杨国辉,钟川桃

电子节气门技术的发展现状及趋势    陶国良,郭连

国产数字式电子调速系统的配机应用    张楷

德国海茵茨曼两种新系列E100／E200数字式电子调速器    朱子义

自适应变结构控制的变斜率切换函数研究    顾文锦,赵红超,于进勇

柴油发动机控制模型及控制算法的设计与仿真研究    杭勇

汽油机电子调速器的研究    杨仕

Honda GX31汽油机电子调速器的研究    赵铮

电子节气门控制系统的开发研究    朱二欣

柴油机怠速稳定性控制的研究    高跃

1GF1型汽油发电机组    

汽油发电机隔声罩的研制    王祥珍

内蒙古一牧户家聚餐 16人吸入发电机尾气中毒 6人死亡    顾福民;

汽油发电机输出特性分析及改进    卢绍毅

超声波电动机在汽油发电机中的应用    朱华,陈志华,赵淳生

单相1.5千瓦汽油发电机滤波装置——通化电业局试验所高压班    

室外汽油发电机对室内一氧化碳浓度影响的模拟    毛星;

如何正确使用 1.5ZF 汽油发电机组    杨学东

苏州市华能发电机有限公司    

流动式放映发动发电机技术讲座(四)    肖关良;雷刚进;戴永柏;

一种基于仿人智能控制的汽油发电机电子调速器    段其昌;程伟;段盼;

汽油发电机调速系统模糊自适应PID控制    段其昌;何新军;

积分模糊滑模控制在变速风力发电机组中的应用    杨锡运;刘欣然;

漂浮基柔性空间机械臂轨迹跟踪的模糊滑模控制及实时抑振    洪昭斌;陈力;

基于区分服务的模糊滑模控制器设计    张楠楠;井元伟;

对电子调速器在柴油机上应用的研究    杨凤玉;兰树海;

电子调速器设计原理及应用    邢宝喜;刘宏;胡锡梅;何建湘;和龙;

电子调速器性能测试技术及发展趋势    许友林;熊玲;姚智刚;陈晓明;

反舰导弹航向平面模糊滑模控制导引一体化研究    顾文锦;张汝川;于进勇;

柴油机调速器的电控化改进及其控制技术的研究    杜宝安;金亚英;陈慧岩;

罗城一批民生工程提前惠及百姓    记者 罗日杰　通讯员 韦如代

泰格动力：在危机中昂然进取    本报记者 庄严　通讯员 王旺声 林耀琳

架设在用户心上的“生命线”    通讯员 张定桉　丁展翅 记者 向巍

5万LED灯为花船添亮彩    记者 吴涛　孙熙

长泰节能减排项目唱“主角”    苏丽凤　陈金荣 陈一宁

市供电系统掀起抗旱保电新高潮    记者 尚新民

凯马海外营销秘诀何在    本报记者　李雅萍

村民打开电视就知防灾讯息    本报记者 刘燕

暴雨中倾情坚守    本报记者 詹璐　通讯员 林文卿

走出去 了不得    本报记者 曹玖梅

电液位置伺服控制系统的模糊滑模控制方法研究    靳宝全

永磁同步直线电机磁阻力分析及控制策略研究    张颖

自行车机器人非线性系统中若干问题的研究    郭磊

模糊滑模控制及其在机电系统中应用的研究    赵永胜

超大型天线馈源指向跟踪系统的力学分析及控制研究    訾斌

复杂电机系统的混合滑模变结构控制方法及其应用研究    张细政

基于滑模理论的位置系统控制及摩擦力补偿    郁明

大型风力机功率控制与最大能量捕获策略研究    孔屹刚

几类不确定系统的滑模变结构控制    陈文轶

某集束防空火箭炮位置伺服系统的鲁棒控制与应用研究    柴华伟

基于滑模控制的汽油发电机数字式电子调速器开发    程伟

KGE1000Ti汽油发电机电子调速器的研制    陈国英

汽油发电机转速多模态控制技术研究    董平

汽油发电机组逆变器和控制器的研究    傅胜阳

基于模糊滑模控制的机车防滑控制器的研究    罗志芳

基于三维空间吊车系统的神经模糊滑模控制    赵伟

无人水下航行器姿态控制策略研究    阚如文

变桨系统模糊滑模控制技术研究    高艳红

基于模糊滑模控制的三维桥式吊车系统    焦辰辉

三轴转台伺服系统模糊滑模控制研究    崔海涛