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汽油发电机自适应电子调速器设计与研究

作　者: 吴明涛
导　师: 李庆东; 何培祥
学　校: 西南大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 汽油发电机自适应电子调速器
分类号: TM314
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

汽油发电机已经广泛应用于家庭备用、娱乐场所、野外作业、园艺机械、农业机械等领域。汽油机发电机的负载经常变化,因此需要安装调速器以保证发电机组转速基本稳定。机械式调速器由于结构简单、成本低廉被广泛应用,但是它的缺点也很明显：灵敏度不高、稳定过程较长、调节精度较低。因此近年来开始研发电子调速器。国内一些高校和科研单位开始研究数字电子调速器,高校的主要代表有福建农林大学和重庆大学,他们分别针对KGE100Ti和HondaGx31两款汽油机开展了数字式电子调速器的研究,虽然还处在试验室研制阶段,尚无成型的产品上市,但根据试验数据看,这两款电子调速器都能较好地代替机械式调速器,调速效果较好。这些电子调速器能够控制汽油发电机组在负载变化时保持较稳定的转速,以保证发电机组输出稳定的电压。但也存在明显的问题：汽油发电机组的转速不能自动随负载变化而改变,也就是发电机组无论是处于空载或是负载大小变化,汽油机都工作在同一个相对高速的状态,输出损耗较大,油耗较高,工作噪声较大。针对汽油发电机组的这一不足,本文分析了国内外汽油发电机电子调速器的研究现状及特点,以铁氧体磁芯的发电机组为试验研究样机,利用铁氧体发电机的端电压随负载变化而较大幅度变化的特性,研究设计了汽油发电机自适应电子调速器。调速器能够保证发电机组在额定负载下提供稳定电压,在不超过汽油机最高转速的前提下,可根据负载的大小变化调节控制发电机转速的高低,达到节能减噪的目的。在硬件电路设计中,以PIC的8位微控制器PIC16F877A为主控芯片,以24BYJ24减速永磁步进电机为执行机构,调控汽油机节气门的开度变化。外围电路模块包括：电源模块,RS232通讯模块,A/D转换模块,霍尔信号处理模块以及分压电路等辅助模块。在软件程序设计方面,采用汇编语言编程,采用PID算法,利用自适应电子调节器闭环反馈系统,控制步进电机运动。试验表明,本论文课题研究设计的汽油发电机自适应电子调速器可以准确地根据负载的大小变化,调控汽油机转速的高低,无论发电机组负载如何变化,系统能保证发电机发出220V稳定电压,发电机组的最高转速不会超过汽油机额定最高转速3600r/min。验证了调速器系统工作的可靠性和稳定性,满足系统设计功能,达到了设计要求。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
第1章文献综述  8-16
  1.1 内燃机调速器概述  8-16
    1.1.1 调速器的发展历史  9-11
    1.1.2 国外柴油发电机电子调速器的发展现状  11-14
    1.1.3 国内柴油发电机电子调速器的发展现状  14-15
    1.1.4 国内外汽油发电机电子调速器的研究现状及发展趋势  15-16
第2章绪论  16-20
  2.1 课题的研究背景及意义  16-17
  2.2 课题的研究范围及内容  17-20
第3章汽油机转速的自动调节  20-26
  3.1 汽油机的工作特性  20-22
  3.2 汽油机转速调节的基本规律  22-26
第4章汽油发电机自适应电子调速系统的总体设计  26-34
  4.1 汽油发电机自适应电子调速器的设计方案  26-27
  4.2 系统总体方案的确定  27-28
  4.3 主控芯片的选择  28-34
    4.3.1 PIC系列单片机的优点  28-30
    4.3.2 PIC16F877A单片机的特点  30-34
第5章自适应电子调速器的硬件电路设计  34-50
  5.1 电子调速器基本外围电路  35-37
    5.1.1 电源电路的设计  35-36
    5.1.2 时钟电路的设计  36
    5.1.3 复位电路的设计  36-37
  5.2 交流电压的检测  37-38
  5.3 负载电流的检测  38-39
  5.4 汽油机转速的检测  39-43
    5.4.1 转速的测量方法  39-40
    5.4.2 频率的测量方法  40-43
  5.5 步进电机驱动  43-47
    5.5.1 电子调速器常用执行元件及其特点  43-44
    5.5.2 步进电机型号及其安装  44-45
    5.5.3 步进电机驱动芯片  45-46
    5.5.4 步进电机驱动电路  46-47
  5.6 串行通讯电路  47-50
    5.6.1 串行通讯的数据传送制式  47-48
    5.6.2 串行通讯电路  48-50
第6章电子调速器的软件设计  50-60
  6.1 电子调速系统的软件设计  50
  6.2 软件开发环境概述  50-51
  6.3 电子调速系统主程序设计  51-52
  6.4 电压和电流检测模块子程序设计  52-53
  6.5 转速检测模块子程序设计  53-54
  6.6 RS-232通讯子程序设计  54-55
  6.7 步进电机控制子程序设计  55-56
  6.8 PID控制算法  56-60
第7章自适应电子调速器试验调试与结果分析  60-66
  7.1 试验的设备和条件  60
  7.2 汽油发电机外特性试验  60-64
  7.3 汽油发电机自适应电子调速器性能试验  64-66
第8章结论与建议  66-68
  8.1 结论  66
  8.2 建议  66-68
参考文献  68-70
致谢  70-72
发表论文及参加课题一览表  72-74
作者在攻读硕士学位期间申请的发明专利  74

汽油发电机自适应电子调速器设计与研究

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