柴油机数字式电子调速器的设计与开发研究

论文摘要

当今环境污染和能源危机问题日益严重,对柴油机的排放性能提出越来越高的要求。电子控制技术是提高柴油机排放性能的有效措施,针对我国柴油机数字式电控系统的开发相对国外落后、技术水平低的现状,研究和开发柴油机数字式电控系统已势在必行,而调速技术正是柴油机电控系统的重要组成部分。随着微电子技术的飞速发展,将性能优越的微控制器应用到调速系统中,采用先进控制策略,优化柴油机的全工况控制,已成为柴油机电控技术研究的主流。在分析国内外调速技术现状和发展趋势的基础上,以6135柴油机为控制对象,采用Freescale 16位高性能微处理器,研发出了适用范围广、功能强大的数字式电子调速器,配机试验表明性能稳定、工作可靠。针对柴油机非线性、时变性、强耦合性及负荷波动大的特点,造成柴油机转速调节困难的问题,对转速控制模式和规律进行了研究,采用自适应PID控制算法,以及抗积分饱和和变速积分相结合的方法,实现了柴油机全工况范围内的优化控制,提高了稳、动态性能。以MC9S12XEP100单片机为核心,完成了柴油机电子调速系统的软硬件设计,包括多种类型执行器驱动电路,转速、温度、压力等信号采集电路,冗余CAN总线通信接口电路等。为提高系统的可移植性和实时性,采用模块化设计思想、三中断结合的处理方式及单片机协处理器XGATE模块技术等完成了系统软件设计。试验表明,系统的主要技术指标、功能和可靠性达到预期要求。为便于进行控制参数的在线修改和监测柴油机工作状态,在Windows XP平台下,使用delphi 7开发了人机对话单元,可实现柴油机主要状态参数的实时显示,控制参数的在线修改,读取柴油机运行状态和报警信息,并可进行数据分析,绘制动态转速曲线。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外电子调速技术的现状
• 1.3 电子调速技术存在的问题和发展趋势
• 1.4 本人所做的工作
• 第2章 电子调速器的总体设计方案
• 2.1 电子调速器的组成和工作原理
• 2.2 电子调速器的设计要求
• 2.3 调速器总体方案设计流程
• 2.4 传感器和执行器的选择
• 2.5 微处理器的选择
• 2.6 硬件电路总体设计
• 2.7 软件系统总体设计
• 2.8 本章小结
• 第3章 数字式电子调速器控制策略研究
• 3.1 控制策略研究现状
• 3.2 控制策略选择与改进
• 3.3 改进后的控制策略仿真
• 3.3.1 柴油机的数学模型
• 3.3.2 执行器的数学模型
• 3.3.3 其余环节的数学模型
• 3.3.4 仿真结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 电子调速器硬件设计
• 4.1 单片机外围电路设计
• 4.2 信号采集电路设计
• 4.2.1 运算放大器的选型
• 4.2.2 温度信号采集电路
• 4.2.3 压力信号采集电路
• 4.2.4 齿条位置和转速设定信号采集电路
• 4.2.5 转速信号采集及保护电路
• 4.2.6 开关量采集电路
• 4.3 输出模块电路设计
• 4.3.1 报警及开关量输出电路
• 4.3.2 功率驱动电路
• 4.4 通讯模块电路设计
• 4.4.1 RS422 通讯电路
• 4.4.2 CAN 通讯电路
• 4.5 印刷电路板设计
• 4.5.1 印刷电路板设计原则
• 4.5.2 印刷电路板抗干扰措施
• 4.5.3 印刷电路板
• 4.6 本章小结
• 第5章 电子调速器软件设计
• 5.1 控制器软件设计
• 5.1.1 转速采集程序
• 5.1.2 起动程序
• 5.1.3 A/D 采样程序
• 5.1.4 控制算法程序
• 5.1.5 控制器人机对话单元程序
• 5.1.6 主程序
• 5.2 上位机软件设计
• 5.2.1 串口设置
• 5.2.2 参数修改
• 5.2.3 历史数据保存
• 5.2.4 上位机主程序流程
• 5.3 本章小结
• 第6章 电子调速器性能试验
• 6.1 软硬件联调试验
• 6.2 模拟配机试验
• 6.2.1 转速波动率测量试验
• 6.2.2 加、减速试验
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢