TOPPOWER内燃机性能自动化测控系统的开发

论文摘要

内燃机是交通运输和国防建设中重要的动力机械,随着对其性能要求的不断提高,产品的更新已经是日新月异;同时,当今社会的环保意识日益加强,这些都要求内燃机在出厂前要做各方面的综合测试。目前,测功机的种类很多,如何研制一种性能优越的测功机控制系统,就成为能否促进内燃机检测技术的关键因素。 本文论述了一种基于电涡流测功机的自动控制系统。系统以采集到的转速和转矩值作为参考变量,利用PID算法,通过调节发动机的油门和测功机的励磁电流,使发动机达到预先设置的工况。为实现这一目的,进行以下几项工作: 首先,进行了P、I、D参数整定模拟试验。利用LPC2210单片机实验板作为主控单元,并在其提供的软件编辑环境中编写控制程序,利用搭建的模拟电路控制油门机,通过改变程序中的各个参数,得到油门机不同的运动状态,通过选择合适的状态来确定参数值。 其次,以GW63型号测功机为试验对象,系统采集其测量的发动机运转时的转速和转矩信号作为系统运算中的参考变量,在信号的采集过程中,加大了A/D采样的频率,并对受干扰的转矩信号进行分析,滤除干扰,以便将准确的信号读入系统。 最后,在常州发动机厂和莱州动力有限公司对控制系统产品进行实际应用试验,对试验样机进行了多个工况的测试,并绘制出了发动机性能曲线,通过和理论上的性能曲线相比较,验证了控制系统的可靠性、稳定性和安全性。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 测控系统的国内、外发展现状
• 1.2.1 国外控制系统发展状况
• 1.2.2 国内生产水平
• 1.3 测试技术发展动态
• 1.4 测功机的控制系统
• 1.4.1 TOPPOWER内燃机性能自动化测控系统
• 1.4.2 系统硬件部分
• 1.5 控制系统算法
• 1.6 课题的提出及主要工作
• 第二章 系统控制算法及参数的调试
• 2.1 油门机控制系统概述
• 2.2 LPC2200系列单片机
• 2.2.1 LPC2200系列单片机硬件结构
• 2.2.2 软件开发调试环境
• 2.3 PID控制算法
• 2.3.1 位置式PID算式
• 2.3.2 增量式PID算式
• 2.3.3 数字PID算法中对干扰的抑制措施
• 2.3.4 PID的改进算法
• 2.4 利用PWM控制电机
• 2.4.1 常用电力电子开关器件
• 2.4.2 脉宽调制
• 2.4.3 利用单片机产生脉宽调制电压输出
• 2.4.4 LPC2210单片机中的PWM过程控制
• 2.4.5 LPC2210单片机中PWM的实现方法
• 2.5 PID控制器的整定
• 2.5.1 PID参数整定原则
• 2.5.2 参数整定试验
• 2.5.3 参数整定过程及结果
• 2.6 本章小结
• 第三章 转速、扭矩信号的采集与控制
• 3.1 转速、扭矩信号作为参考值的可行性
• 3.2 发动机转速信号的采集
• 3.3 发动机扭矩信号的采集
• 3.3.1 扭矩测量的理论依据
• 3.3.2 转速对扭矩的影响
• 3.3.3 扭矩测试实验布置
• 3.3.4 试验设备介绍
• 3.3.5 信号采集和分析
• 3.3.6 信号的处理
• 3.3.7 其它因素的影响
• 3.3.8 扭矩参数的采集、反馈过程
• 3.4 本章小结
• 第四章 控制系统测试试验
• 4.1 系统控制电路图
• 4.2 系统数据采集模块
• 4.3 实验目的
• 4.4 实验内容
• 4.4.1 常州发动机厂试验
• 4.4.2 莱州发动机厂试验
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表