发动机综合控制系统的转速控制环节设计研究

论文摘要

本文从发动机综合控制系统(ECS)出发，对其中的核心部分，即转速控制系统，进行功能和特性分析，并从控制系统的发展历程和发动机的控制要求方面论证和设计了基于CAN总线的热备用式双重冗余转速控制系统。 发动机转速冗余控制环节的设计研究主要出转速控制系统中冗余环节的嵌入、各冗余部分的设计、冗余切换实验等三部分组成。它同其他几种控制方案相比，具有很大的优越性：将原本可靠性不高的控制系统提高到可靠性比较高的境界，减少了发动机停车检查的几率，从而提高了其运行效率。又因为控制系统嵌入了CAN总线通讯，极大地提高了切换速度和数据通讯速率。 本论文工作所要完成的任务：第一，论证冗余控制系统替代其他控制系统的必要性和优越性；第二，转速冗余控制系统的输入／输出冗余、数据备份冗余的硬件电路设计；第三，转速冗余控制系统的CAN通讯冗余以及基于该通讯方式的系统切换的硬件电路设计；第四，冗余控制系统切换过程的仿真。 将冗余控制方案应用于发动机转速控制环节中，并借助于CAN总线作为其通讯方式，使ECS的安全性提到很高的水平，增加我国舰船动力系统的可靠性。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 ECS的组成及简介
• 1.2.1 转速控制的原理及特点
• 1.2.2 转速控制的国内外研究现状
• 1.3 转速控制系统的选型
• 1.3.1 简单的单控制系统
• 1.3.2 具有故障识别能力的冗余控制系统
• 1.4 本人所做的工作
• 1.5 本章小结
• 第2章 ECS中转速控制系统的冗余设计
• 2.1 控制系统的输入冗余设计
• 2.1.1 发动机转速采集设计
• 2.1.2 齿条位移采集设计
• 2.1.3 水温、油温采集设计
• 2.1.4 油压、冷却水压力采集设计
• 2.1.5 排气温度的采集设计
• 2.1.6 A/D转换器MAX197的使用
• 2.2 控制系统的输出冗余设计
• 2.3 控制系统的CAN通讯冗余设计
• 2.3.1 CAN总线简介
• 2.3.2 CAN总线的工作原理
• 2.3.3 SJA1000的特点
• 2.3.4 ECS中CAN冗余通讯的硬件电路设计
• 2.3.5 ECS中CAN冗余通讯的软件设计
• 2.4 控制系统的数据备份冗余设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 ECS中转速冗余控制系统的切换过程设计
• 3.1 80C196KC的译码电路设计
• 3.2 外部中断的扩展
• 3.3 切换系统的硬件电路设计
• 3.4 冗余控制系统的切换过程和软件设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 ECS中转速控制系统的仿真和分析
• 4.1 冗余控制系统的起动实验
• 4.2 冗余控制系统的切换实验
• 4.2.1 主系统发生故障的情况
• 4.2.2 CAN总线失效的情况
• 4.2.3 手动切换的情况
• 4.2.4 主控制系统故障修复后的情况
• 4.3 实验现象分析
• 4.4 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
• 附录A CPLD采集外部转速的VHDL程序
• 附录B CAN总线初始化程序
• 附录C CAN总线发送数据程序
• 附录D CAN总线接收数据程序
• 附录E 读取脉冲个数和频率计算的子程序