机车柴油机数字式电子调速系统智能PID控制理论和技术的研究

根据我国内燃机车行业目前的状况，在不改变现有燃油系统的情况下，利 用微电子技术，即用数字式电子调速器代替正在使用的机械液压式调速器，是 提高我国内燃机车的技术水平、产品档次和运用质量的一条捷径。并且会为我 国内燃机车继续向着“重载、提速”这一目标前进提供保障，对我国铁路事业 的发展具有重大的现实意义。在调速系统的设计、研制与调试中，作者对相关 的理论和技术进行了全面、深入地研究，成功地开发出大功率中速柴油机数字 式电子调速系统。在我国内燃机车上，首次实现了对柴油机转速的数字控制， 并在一定程度上发展了柴油机的电控理论和技术。 本文在考虑柴油机工作过程特殊性的基础上，为了满足柴油机转速控制的 实际需求，提出了柴油机曲轴转角域和相应角度频率域的概念，方便了控制周 期的正确确定和转速信号的处理。从计算机辅助图形设计（CAGD）中磨光曲 线的概念出发，以气缸的最高爆发压力作为控制点，用洛伦兹函数来拟合出柴 油机示功图，建立起能基本反映柴油机瞬态特性，并兼顾数字控制特点的柴油 机动态模型。 采用转速和供油齿条位移双闭环PID控制方案，研制出基于80C196KC 单片机的机车柴油机数字式电子调速系统。利用计算机控制系统便于实现智能 化的优势，提出了一种开闭环相结合的智能化启机操作方案，它可根据柴油机 的需要，提供最适宜的启动供油量，使启机过程即快速、又柔和无超调。另外， 基于此提出了一种在线自动整定PID控制器参数初值的方法。 针对常规PID控制器所表现出的局限性，在已有PID控制器参数初值的 基础上，提出了一种用于怠速控制的神经网络智能PID控制器，及学习间隔 可调的异步学习算法，以满足不同转速波动情况的需要。另外，针对负载突变 工况，提出了一种以加速度为特征量，来调整增益的改进增益调度PID控制 算法。 为方便配机试验及对控制算法进行有效分析，开发了柴油机数字式电子调 速器实时监控测量系统。并且，基于双端口RAM IDT7132和PC机并行打印 机接口，实现单片机与PC机之间的并行通讯方案，具有普遍的实用参考价值。 在测量系统的硬件基础上，研制出柴油机数字式电子调速器硬件在环仿真 系统。另外，进行了大量的台架试验，包括启机、空载稳定性、调速、负荷突 加突卸等，表现出该调速系统优良的性能。