柴油机数字式电子调速器的设计与开发研究

当今环境污染和能源危机问题日益严重,对柴油机的排放性能提出越来越高的要求。电子控制技术是提高柴油机排放性能的有效措施,针对我国柴油机数字式电控系统的开发相对国外落后、技术水平低的现状,研究和开发柴油机数字式电控系统已势在必行,而调速技术正是柴油机电控系统的重要组成部分。随着微电子技术的飞速发展,将性能优越的微控制器应用到调速系统中,采用先进控制策略,优化柴油机的全工况控制,已成为柴油机电控技术研究的主流。 在分析国内外调速技术现状和发展趋势的基础上,以6135柴油机为控制对象,采用Freescale 16位高性能微处理器,研发出了适用范围广、功能强大的数字式电子调速器,配机试验表明性能稳定、工作可靠。针对柴油机非线性、时变性、强耦合性及负荷波动大的特点,造成柴油机转速调节困难的问题,对转速控制模式和规律进行了研究,采用自适应PID控制算法,以及抗积分饱和和变速积分相结合的方法,实现了柴油机全工况范围内的优化控制,提高了稳、动态性能。 以MC9S12XEP100单片机为核心,完成了柴油机电子调速系统的软硬件设计,包括多种类型执行器驱动电路,转速、温度、压力等信号采集电路,冗余CAN总线通信接口电路等。为提高系统的可移植性和实时性,采用模块化设计思想、三中断结合的处理方式及单片机协处理器XGATE模块技术等完成了系统软件设计。试验表明,系统的主要技术指标、功能和可靠性达到预期要求。 为便于进行控制参数的在线修改和监测柴油机工作状态,在Windows XP平台下,使用delphi 7开发了人机对话单元,可实现柴油机主要状态参数的实时显示,控制参数的在线修改,读取柴油机运行状态和报警信息,并可进行数据分析,绘制动态转速曲线。