基于ARM的柴油发动机调速系统研究

论文摘要

柴油机调速系统是柴油发动机控制最为核心的内容,也是能否实现智能控制的关键所在。将ARM嵌入式技术应用于柴油机速度控制系统,不仅提高了柴油机的各项性能,也改变了我国目前大多数柴油机调速器无法满足动力设备越来越高要求的现状。调速器是柴油机自动调节系统的重要部件,它根据柴油机负载的变化自动调节柴油机的供油量,使柴油机的转速保持稳定,从而保证柴油机具有良好的工作性能。在分析国内外柴油机调速系统发展现状的基础上,将先进的嵌入式系统添加到柴油机调速技术中。基于ARM的柴油发动机调速系统设计主要包括硬件选用、软件功能设计以及系统试验三部分。根据设计需要,文中选用相应的硬件和软件,主要采用ARM芯片和Linux系统作为开发平台。首先设计了执行器——基于ARM的直流电机调速系统,然后在此基础上,添加传感器,修改软件流程,设计出整体柴油机调速系统。首先,对柴油发动机调速系统进行了硬件设计。介绍了嵌入式微处理器的种类以及ARM处理器的特点等,通过分析,选用基于S3C2440芯片的Mini2440作为整个系统的嵌入式核心控制器。步进电机和驱动器选用57系列两相步进电机和M542驱动器,该驱动器采用了国内最先进的细分控制方法。柴油机则选用实验室现有的江淮动力JD2102型柴油机。在连接过程中,发现有些设备之间由于电压相差无法直接相连,因此焊制了电压放大板。其次,软件功能设计主要包括构建嵌入式Linux操作系统平台和软件编写等。构建嵌入式Linux操作系统平台,首先要建立交叉开发环境,在系统硬件平台基础上移植BootLoader程序；配置、编译和移植Linux系统内核；建立Cramfs文件系统。软件编写是用C++语言来实现,包括两部分,第一部分是执行器设计时,编写的电机控制软件程序,第二部分是整体柴油机速度控制的程序设计。最后,进行了系统整体试验,并提出了后续工作设想。经过试验验证,设计的嵌入式控制电机设备能够有效地实现直流电机的启停、正反转和无级调速控制。仿真结果表明该系统调速范围大,响应速度快,性能优良,精度高,完全满足步进电机控制的要求。而由于时间限制,柴油机调速系统的试验没能完整进行,但是整体设计还是具有一定的创新性,也为后续研究、开发及功能完善奠定了基础。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 直流电机调速
• 1.2.2 柴油发动机调速
• 1.2.3 嵌入式系统
• 1.3 课题主要研究内容
• 第二章 硬件设计
• 2.1 总体要求
• 2.2 硬件设计方案
• 2.3 嵌入式系统
• 2.3.1 嵌入式系统的含义及分类
• 2.3.2 嵌入式系统的发展历程
• 2.3.3 嵌入式系统的体系结构
• 2.3.4 嵌入式系统开发流程
• 2.4 嵌入式微处理器
• 2.4.1 嵌入式微处理器分类
• 2.4.2 ARM处理器
• 2.4.3 Mini2440处理器
• 2.5 步进电机和驱动器
• 2.6 电压放大模块
• 第三章 嵌入式操作系统移植
• 3.1 嵌入式Linux操作系统
• 3.2 嵌入式Linux交叉开发环境的建立
• 3.3 Bootloader移植
• 3.3.1 Bootloader简介
• 3.3.2 U-Boot移植
• 3.4 Linux内核移植
• 3.4.1 Linux内核分析
• 3.4.2 Linux内核剪裁与编译
• 3.5 文件系统的制作
• 3.5.1 利用busybox构建文件系统
• 3.5.2 在发行版的文件系统基础上定制文件系统
• 第四章 软件设计
• 4.1 控制系统软件集成开发环境和软件编程语言
• 4.1.1 集成开发环境介绍
• 4.1.2 编程语言C++介绍
• 4.1.3 C++标准程序库和设计原则
• 4.2 调速系统控制策略
• 4.3 控制电机的软件设计
• 4.4 总体控制的软件设计
• 4.5 PID控制算法
• 4.6 软件抗干扰措施
• 第五章 系统试验
• 5.1 试验系统配置
• 5.2 试验内容
• 5.2.1 U-Boot的启动测试
• 5.2.2 Linux内核移植
• 5.2.3 直流电机调速
• 5.3 试验结果
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 附录：（部分程序）