一種柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法，柴油機(jī)經(jīng)起動(dòng)后，當(dāng)其轉(zhuǎn)速達(dá)到著火轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分時(shí)，把起動(dòng)DBR燃油限制值作為電流環(huán)的結(jié)果輸出，以PWM波的方式控制執(zhí)行器從而控制柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速；當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速增加到700轉(zhuǎn)/分時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)流開(kāi)始共同來(lái)控制轉(zhuǎn)速；當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1500±10轉(zhuǎn)/分時(shí)，柴油機(jī)進(jìn)入電站工況，此時(shí)通過(guò)電位計(jì)微調(diào)目標(biāo)轉(zhuǎn)速來(lái)設(shè)定最終目標(biāo)轉(zhuǎn)速，從而使柴油機(jī)在電站工況下穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)柴油機(jī)需要停機(jī)時(shí)，控制器捕捉到斷油信號(hào)后，執(zhí)行器在自身彈簧力的作用下迅速回到零位，即可進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。本發(fā)明不再需要位置環(huán)，使執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)變的簡(jiǎn)單可靠，成本更低，而且控制器也將體積更小，實(shí)用性好。
【專利說(shuō)明】一種柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種柴油機(jī)控制方法，具體地說(shuō)是柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前柴油機(jī)調(diào)速器已經(jīng)由傳統(tǒng)的機(jī)械式調(diào)速器發(fā)展為電子調(diào)速器，但大多數(shù)電子調(diào)速器都采用基于轉(zhuǎn)速和位置的雙閉環(huán)控制方法，這種控制方法在電站和船舶柴油機(jī)上已廣泛應(yīng)用。雖然該方式有著較好的控制效果，但存在如下不足:由于引入了位置環(huán)，不得不在執(zhí)行器中添加位置傳感器，使得執(zhí)行器結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、成本也較高，并且位置傳感器的可靠性將直接決定著電子調(diào)速器能否正常工作，一旦位置傳感器損壞，調(diào)速器將失效，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速將失去控制，甚至引發(fā)嚴(yán)重事故；位置傳感器需要額外供電，使得調(diào)速器需要預(yù)留更多的接線端子，體積較大；基于轉(zhuǎn)速和位置雙閉環(huán)的電子調(diào)速器往往需要對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，一組PID參數(shù)很難滿足全工況的需求，使得軟件設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，標(biāo)定工作量大，給使用者帶來(lái)諸多不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供不僅省去了位置傳感器，使執(zhí)行器結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單可靠，而且有著良好的控制效果的一種柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明一種柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法，其特征是:
[0006]柴油機(jī)經(jīng)起動(dòng)后，當(dāng)其轉(zhuǎn)速達(dá)到著火轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分時(shí)，即確定柴油機(jī)進(jìn)入起動(dòng)工況，把起動(dòng)DBR燃油限制值作為電流環(huán)的結(jié)果輸出，以PWM波的方式控制執(zhí)行器從而控制柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速；
[0007]當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速增加到700轉(zhuǎn)/分時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)流開(kāi)始共同來(lái)控制轉(zhuǎn)速:首先由加速率產(chǎn)生目標(biāo)轉(zhuǎn)速，其中參數(shù)加速率用于控制達(dá)到電站工況下額定轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分的時(shí)間和設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速，通過(guò)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速比較，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速偏差，經(jīng)轉(zhuǎn)速環(huán)PID計(jì)算后將其結(jié)果作為電流環(huán)的當(dāng)前目標(biāo)值，再通過(guò)采集的執(zhí)行器實(shí)際電流值與該當(dāng)前目標(biāo)電流值比較，產(chǎn)生電流偏差，再經(jīng)過(guò)電流環(huán)PID計(jì)算后，產(chǎn)生執(zhí)行器控制輸出結(jié)果；當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1500±10轉(zhuǎn)/分時(shí)，柴油機(jī)進(jìn)入電站工況，此時(shí)通過(guò)電位計(jì)微調(diào)目標(biāo)轉(zhuǎn)速來(lái)設(shè)定最終目標(biāo)轉(zhuǎn)速，從而使柴油機(jī)在電站工況下穩(wěn)定運(yùn)行；
[0008]當(dāng)柴油機(jī)需要停機(jī)時(shí)，控制器捕捉到斷油信號(hào)后，即停止轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)對(duì)執(zhí)行器的輸出控制，執(zhí)行器在自身彈簧力的作用下迅速回到零位，即可進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。
[0009]本發(fā)明還可以包括:
[0010]1、柴油機(jī)進(jìn)入起動(dòng)工況時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)速來(lái)查詢起動(dòng)DBR燃油限制值。
[0011]2、當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速增加到700轉(zhuǎn)/分后，經(jīng)過(guò)電流環(huán)PID計(jì)算，產(chǎn)生執(zhí)行器控制輸出結(jié)果，該結(jié)果不能大于該轉(zhuǎn)速下最大燃油DBR限制值，即通過(guò)轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)兩級(jí)串聯(lián)控制執(zhí)行器使得噴油泵齒條向減小轉(zhuǎn)速偏差的方向運(yùn)動(dòng)，從而使柴油機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速始終緊跟目標(biāo)轉(zhuǎn)速的變化而變化。
[0012]3、柴油機(jī)進(jìn)入電站工況后，在轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)控制過(guò)程中，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速偏差、電流偏差進(jìn)行放大處理以及防止積分飽和限制和超速保護(hù)，并且PID的計(jì)算周期和輸出結(jié)果控制周期都在5毫秒內(nèi)。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:由于引入電流環(huán)，故不再需要位置環(huán)，這不僅使執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)變的簡(jiǎn)單可靠，成本更低，而且控制器也將體積更小，實(shí)用性好，同時(shí)由于轉(zhuǎn)速和電流有較好的耦合作用，經(jīng)整定后合適的PID參數(shù)可以適應(yīng)柴油機(jī)的全工況，從而使軟件設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單,省去了 PID參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整環(huán)節(jié)，因此，此方法可以提高整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的可靠性，從而使柴油機(jī)更加穩(wěn)定可靠的工作。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為基于轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制原理框圖；
[0015]圖2為本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0017]結(jié)合圖1?2，柴油機(jī)可運(yùn)行在船舶電站模式，當(dāng)柴油機(jī)工作在電站模式時(shí)，柴油機(jī)主要分為三種工況，起動(dòng)工況、電站工況和停機(jī)工況。柴油機(jī)經(jīng)起動(dòng)后，當(dāng)其轉(zhuǎn)速達(dá)到著火轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分時(shí)，即確定柴油機(jī)進(jìn)入起動(dòng)工況，此時(shí)主要通過(guò)轉(zhuǎn)速來(lái)查詢起動(dòng)DBR燃油限制值，并把起動(dòng)DBR燃油限制值作為電流環(huán)的結(jié)果輸出，以PWM波的方式控制執(zhí)行器從而控制柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速；當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速增加到700轉(zhuǎn)/分時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)流開(kāi)始共同來(lái)控制轉(zhuǎn)速，首先有加速率產(chǎn)生目標(biāo)轉(zhuǎn)速，其中參數(shù)加速率主要用于控制達(dá)到電站工況下額定轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分的時(shí)間和設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速，通過(guò)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速比較，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速偏差，經(jīng)轉(zhuǎn)速環(huán)PID計(jì)算后將其結(jié)果作為電流環(huán)的當(dāng)前目標(biāo)值，再通過(guò)采集的執(zhí)行器的實(shí)際電流值與該當(dāng)前目標(biāo)電流值比較，產(chǎn)生電流偏差，再經(jīng)過(guò)電流環(huán)PID計(jì)算后，產(chǎn)生執(zhí)行器控制輸出結(jié)果，但該結(jié)果不能大于該轉(zhuǎn)速下最大燃油DBR限制值，即通過(guò)轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)兩級(jí)串聯(lián)控制執(zhí)行器使得噴油泵齒條向減小轉(zhuǎn)速偏差的方向運(yùn)動(dòng)，從而使柴油機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速始終緊跟目標(biāo)轉(zhuǎn)速的變化而變化；當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到(1500 ± 10)轉(zhuǎn)/分時(shí)，柴油機(jī)進(jìn)入電站工況，此時(shí)可以通過(guò)電位計(jì)微調(diào)目標(biāo)轉(zhuǎn)速來(lái)更加精確的設(shè)定最終目標(biāo)轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分，從而使柴油機(jī)在電站工況下穩(wěn)定運(yùn)行；為防止負(fù)荷突變而導(dǎo)致柴油機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)過(guò)大，在雙閉環(huán)控制過(guò)程中，可以通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速偏差、電流偏差進(jìn)行恰當(dāng)放大處理以及防止積分飽和限制和超速保護(hù)，并且PID的計(jì)算周期和輸出結(jié)果控制周期都應(yīng)控制在5毫秒內(nèi)，來(lái)提高對(duì)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制的精度和靈敏性，確保柴油機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在電站工況下；當(dāng)柴油機(jī)需要停機(jī)時(shí)，控制器捕捉到斷油信號(hào)后，即停止轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)對(duì)執(zhí)行器的輸出控制，執(zhí)行器在自身彈簧力的作用下迅速回到零位，即可進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。
[0018]當(dāng)柴油機(jī)進(jìn)入怠速工況后，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行加速，減速操作，也即進(jìn)入運(yùn)行工況，此時(shí)主要是通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器采集柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，首先將采集到實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較得到轉(zhuǎn)速偏差，通過(guò)轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)計(jì)算后將其結(jié)果作為執(zhí)行器電流的當(dāng)前目標(biāo)值，再根據(jù)采集到的執(zhí)行器的實(shí)際電流值與給定的目標(biāo)電流值進(jìn)行比較得到電流偏差，再經(jīng)過(guò)電流PID調(diào)節(jié)計(jì)算將最終結(jié)果作為控制執(zhí)行器的給定值，通過(guò)轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)兩級(jí)串聯(lián)控制執(zhí)行器使得噴油泵齒條向減小轉(zhuǎn)速偏差的方向運(yùn)動(dòng)，以減小偏差，消除偏差，從而使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定值附近，此時(shí)同樣需要最大燃油DBR限制和超速轉(zhuǎn)速限制，以防止柴油機(jī)超速或飛車。
[0019]本發(fā)明的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法，當(dāng)柴油機(jī)處在運(yùn)行工況時(shí)，在雙閉環(huán)控制過(guò)程中，需要通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速偏差和電流偏差進(jìn)行恰當(dāng)放大處理以及防止積分飽和限制，來(lái)提高對(duì)柴油機(jī)的控制精度和靈敏性。同時(shí)如果檢測(cè)到持續(xù)一定時(shí)間的超速，將會(huì)被確認(rèn)為超速，此時(shí)將會(huì)強(qiáng)制把柴油機(jī)的齒條位置控制在零位，柴油機(jī)進(jìn)入停機(jī)工況，確保柴油機(jī)及人身安全。
[0020]本發(fā)明控制方法主要是通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器采集柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，首先將采集到實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較得到轉(zhuǎn)速偏差，通過(guò)轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)計(jì)算后將其結(jié)果作為執(zhí)行器電流的當(dāng)前目標(biāo)值，再根據(jù)采集到的執(zhí)行器的實(shí)際電流值與給定的目標(biāo)電流值進(jìn)行比較得到電流偏差，再經(jīng)過(guò)電流PID調(diào)節(jié)計(jì)算將最終結(jié)果作為控制執(zhí)行器的給定值，通過(guò)轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)兩級(jí)串聯(lián)控制執(zhí)行器使得噴油泵齒條向減小轉(zhuǎn)速偏差的方向運(yùn)動(dòng)，從而使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定值附近。
[0021]通過(guò)串聯(lián)于執(zhí)行器輸出電路中的精密電阻，并配合相應(yīng)的濾波放大電路把電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成單片機(jī)能夠識(shí)別的電壓信號(hào)，并引入了電流負(fù)反饋，當(dāng)實(shí)際電流不等于執(zhí)行器的設(shè)定電流時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生電流偏差，經(jīng)過(guò)電流PID計(jì)算，并將其計(jì)算結(jié)果作為控制執(zhí)行器輸出的給定值。
[0022]通過(guò)轉(zhuǎn)速對(duì)柴油機(jī)工況進(jìn)行判斷，可分為啟動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)三個(gè)工況，在啟動(dòng)工況時(shí)轉(zhuǎn)速PID不參與計(jì)算，僅需通過(guò)啟動(dòng)燃油DBR限制和電流PID計(jì)算輸出即可，當(dāng)達(dá)到運(yùn)行工況時(shí)，如權(quán)利要求1所示，進(jìn)行轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)控制，并且在全工況控制過(guò)程中都有最大燃油DBR限制和超速轉(zhuǎn)速限制，防止柴油機(jī)超速或飛車。
[0023]在雙閉環(huán)控制過(guò)程中，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速偏差和電流偏差進(jìn)行恰當(dāng)放大處理以及防止積分飽和限制，來(lái)提高對(duì)柴油機(jī)的控制精度和靈敏性。
【權(quán)利要求】
1.一種柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法，其特征是: 柴油機(jī)經(jīng)起動(dòng)后，當(dāng)其轉(zhuǎn)速達(dá)到著火轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分時(shí)，即確定柴油機(jī)進(jìn)入起動(dòng)工況，把起動(dòng)DBR燃油限制值作為電流環(huán)的結(jié)果輸出，以PWM波的方式控制執(zhí)行器從而控制柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速； 當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速增加到700轉(zhuǎn)/分時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)流開(kāi)始共同來(lái)控制轉(zhuǎn)速:首先由加速率產(chǎn)生目標(biāo)轉(zhuǎn)速，其中參數(shù)加速率用于控制達(dá)到電站工況下額定轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分的時(shí)間和設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速，通過(guò)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速比較，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速偏差，經(jīng)轉(zhuǎn)速環(huán)PID計(jì)算后將其結(jié)果作為電流環(huán)的當(dāng)前目標(biāo)值，再通過(guò)采集的執(zhí)行器實(shí)際電流值與該當(dāng)前目標(biāo)電流值比較，產(chǎn)生電流偏差，再經(jīng)過(guò)電流環(huán)PID計(jì)算后，產(chǎn)生執(zhí)行器控制輸出結(jié)果；當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1500 ± 10轉(zhuǎn)/分時(shí)，柴油機(jī)進(jìn)入電站工況，此時(shí)通過(guò)電位計(jì)微調(diào)目標(biāo)轉(zhuǎn)速來(lái)設(shè)定最終目標(biāo)轉(zhuǎn)速，從而使柴油機(jī)在電站工況下穩(wěn)定運(yùn)行； 當(dāng)柴油機(jī)需要停機(jī)時(shí)，控制器捕捉到斷油信號(hào)后，即停止轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)對(duì)執(zhí)行器的輸出控制，執(zhí)行器在自身彈簧力的作用下迅速回到零位，即可進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法，其特征是:柴油機(jī)進(jìn)入起動(dòng)工況時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)速來(lái)查詢起動(dòng)DBR燃油限制值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法，其特征是:當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速增加到700轉(zhuǎn)/分后，經(jīng)過(guò)電流環(huán)PID計(jì)算，產(chǎn)生執(zhí)行器控制輸出結(jié)果，該結(jié)果不能大于該轉(zhuǎn)速下最大燃油DBR限制值，即通過(guò)轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)兩級(jí)串聯(lián)控制執(zhí)行器使得噴油泵齒條向減小轉(zhuǎn)速偏差的方向運(yùn)動(dòng)，從而使柴油機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速始終緊跟目標(biāo)轉(zhuǎn)速的變化而變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法，其特征是:柴油機(jī)進(jìn)入電站工況后，在轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)控制過(guò)程中，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速偏差、電流偏差進(jìn)行放大處理以及防止積分飽和限制和超速保護(hù)，并且PID的計(jì)算周期和輸出結(jié)果控制周期都在5毫秒內(nèi)。
【文檔編號(hào)】F02D41/14GK103670747SQ201310697664
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】宋恩哲, 張占虎, 儀士海, 姚崇, 孫軍 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)