柴油发电机组嵌入式智能控制系统的研究

论文摘要

柴油发电机组作为重要的主电源或备用电源得到了广泛的应用,智能控制系统在柴油发电机组中的应用推广,有助于提高柴油机组输出电能质量和柴油机组的自动化水平;柴油发电机组是高耗能的重型发电设备,其智能控制系统的研制也有助于节约能源和减少环境污染。本文在研究了柴油发电机智能控制器的总体结构基础上,针对数字励磁控制器和柴油机组主控制器进行了研究和设计。本文研究了数字式励磁控制器的原理,提出了高性能的数字式励磁控制器的设计方案。硬件方案采用MCU+DSP的架构建立高性能的硬件平台,因为柴油机组的工作环境恶劣,MCU采用有良好环境适应能力ADuC831,DSP选用高性能的工业级DSP TMS320F2812。软件方案采用同步交流采样算法,为高性能励磁控制提供精确的实时参数。励磁控制算法采用CMAC神经网络智能控制算法,并实现了DSP程序。本文对柴油机组主控制器进行了研究与设计。柴油机组主控制器是单台柴油发电机组的控制核心,通过CAN现场总线与机组中其他控制单元组成网络,以实现对柴油机组的监控和协调控制。为了实现控制系统的智能化和小型化,又考虑到柴油机组工作的环境,控制器方案采用了嵌入式PAC控制器。控制器采用高性能工业级ARM9处理器S3C2440A作为CPU,设计了丰富的外设与接口,为了实现大屏幕图形化的数据展现人机界面,设计了基于内含2D加速的显示驱动芯片SM501的高分辨VGA/LCD输出接口。操作系统方面,介绍了实时嵌入式操作系统WinCE.NET在S3C2440A平台上的移植。在此基础上,对单台柴油机组主控制器软件进行了研究与设计,实现了电量监控程序、发动机监控程序。最后对智能决策在柴油机组主控制软件中的应用进行了初步的探索,提出了基于AHP-Fuzzy智能决策模型的柴油机组工况分析方法和基于Agent智能决策模型的发电机组安全决策算法的控制框架。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 柴油机组控制系统的研究进展
• 1.2.1 柴油发电机组的研究与发展
• 1.2.2 励磁控制器的发展
• 1.2.3 柴油发电机组微机监控系统的发展
• 1.3 PAC 控制器概述
• 1.4 论文研究内容及重点
• 1.5 章节安排
• 第2章 柴油机组智能控制系统的需求分析与总体设计
• 2.1 柴油发电机组的组成
• 2.1.1 柴油发动机和无刷同步发电机
• 2.1.2 控制系统
• 2.2 系统的需求分析与总体设计方案
• 2.2.1 数字式励磁控制器的需求与总体方案
• 2.2.2 柴油发电机组主控制器的需求与总体方案
• 2.2.3 柴油发电机组监控系统的总体设计
• 2.3 本章小节
• 第3章 数字式励磁控制器的设计
• 3.1 无刷同步电机励磁方案
• 3.1.1 无刷同步发电机
• 3.1.2 相复励磁励磁控制器方案
• 3.1.3 带永磁副励磁机的励磁控制器方案
• 3.2 数字式励磁控制器设计方案
• 3.3 数字式励磁控制器的硬件设计
• 3.3.1 励磁输出主电路的设计
• 3.3.2 MCU 电路设计
• 3.3.3 DSP 电路设计
• 3.3.4 模拟量输入电路的设计
• 3.3.5 人机界面
• 3.4 数字励磁控制器软件实现与算法研究
• 3.4.1 MCU 主控程序的设计
• 3.4.2 DSP 算法程序的研究与实现
• 3.5 本章小节
• 第4章 柴油机组嵌入式PAC 主控制器的设计
• 4.1 嵌入式PAC 控制器的方案设计
• 4.1.1 嵌入式PAC 控制器设计方案
• 4.2 嵌入式PAC 控制器的硬件设计
• 4.2.1 嵌入式处理器的选型
• 4.2.2 系统各硬件模块及接口电路
• 4.3 嵌入式PAC 控制器的操作系统的建立
• 4.3.1 嵌入式操作系统的选择
• 4.3.2 WinCE.NET 在S3C2440 平台上的移植
• 4.4 柴油机组智能控制软件的研究与设计
• 4.4.1 柴油机机组智能控制软件的架构
• 4.4.2 电量监控程序
• 4.4.3 柴油发动机监控程序
• 4.4.4 智能决策控制的初步探索
• 4.5 本章小节
• 结论与展望
• 论文主要工作与创新点
• 一、同步发电机数字式励磁控制器研究和设计
• 二、柴油机组主控制器的研究与设计
• 下一步将开展的工作
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间取得的研究成果