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基于dSPACE的柴油机智能调速系统研究

作　者: 屈传水
导　师: 费红姿
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 轮机工程
关键词: 模糊-PID 柴油机调速 dSPACE
分类号: TK42
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 12次
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内容摘要

作为柴油机控制核心的调速系统,将会不断改进和完善于柴油机的整个发展历程中。当今世界环境、能源危机问题日益严重,对柴油机的发展提出各种越来越高的要求,调速系统性能的优化变得更加突出,而优化的方法中进行控制策略的研究是重点。传统的PID控制仍然在调速控制策略中占据主导地位,但其结合现已发展的智能控制策略,两者优势互补,已成为柴油机调速控制策略的研究热点。目前,柴油机电控系统变得越来越复杂,如何解决电控系统快速有效地研发与产品多样化之间的矛盾,利用dSPACE实时仿真平台为复杂的柴油机电控系统开发提供了良好的途径。同时,也为智能控制与PID控制相结合的柴油机控制策略提供了技术平台。本文以dSPACE实时仿真平台为基础,将应用广泛的模糊控制与PID控制相结合,对柴油机的调速性能进行优化。本文首先根据柴油机调速系统要求,设计了以DS1103板卡为核心的dSPACE实时控制系统。调速控制策略是系统性能优化的主要内容,本文对PID控制和模糊控制的特点进行了分析,PID控制对于突变的、复杂的、非线性等控制过程难以处理；模糊控制实质上相当于PD控制,又存在着稳态误差,控制精度不高。将PID控制的优点和模糊控制的优点结合,设计一种可以提高柴油机调速性能的算法模糊-PID控制。在MATLAB/Simulink环境下,建立了柴油机和执行器数学模型,设计了模糊-PID控制器,并进行了仿真、优化研究,对模糊控制效果优化和模糊-PID算法验证。又进行了硬件在环仿真,进一步验证算法的合理性。结果表明模糊-PID控制使系统响应速度快、超调量小、稳定时间短等优点。其次,设计了调速系统硬件电路,包括转速、位置信号调理电路和执行器的驱动电路。在dSPACE平台上,应用RTI和Controldesk综合实验环境,设置信号采集接口、驱动控制接口、模糊-PID控制器、转速、齿条位置显示及参数修改等模块。通过显示界面,可以实时显示反映系统运行状态的数据,并实现在线修改参数。最后,在D114柴油机上进行配机验证,分别进行了模糊-PID和PID调速实验。实验结果表明,模糊-PID控制性能优于PID控制,改善柴油机的调速性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题研究的背景及意义  10-11
  1.2 柴油机电控技术的国内外研究现状  11-13
    1.2.1 国外研究现状  11-12
    1.2.2 国内研究现状  12-13
  1.3 柴油机调速控制策略的研究  13-16
    1.3.1 PID控制算法在调速系统中的应用  13-15
    1.3.2 智能算法在调速系统中的应用  15-16
  1.4 本文的主要研究内容  16-18
第2章柴油机调速系统方案设计  18-26
  2.1 柴油机调速系统的工作原理  18-19
  2.2 dSPACE实时仿真平台介绍  19-24
    2.2.1 dSPACE软件环境  20-22
    2.2.2 dSPACE实时仿真平台的硬件组成  22-24
  2.3 基于dASPACE的柴油机调速系统控制方案设计  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章模糊-PID控制器设计及仿真研究  26-43
  3.1 引言  26
  3.2 柴油机和执行器建模  26-30
    3.2.1 柴油机数学模型建立  26-29
    3.2.2 执行器数学模型建立  29-30
  3.3 模糊控制器的设计  30-40
    3.3.1 模糊化运算  30-31
    3.3.2 模糊知识库  31-38
    3.3.3 清晰化运算  38-39
    3.3.4 模糊输出量的转换  39-40
  3.4 模糊-PID控制器的设计  40-41
  3.5 系统仿真与分析  41-42
  3.6 本章小结  42-43
第4章柴油机调速性能优化研究  43-50
  4.1 引言  43
  4.2 柴油机调速评价指标  43-45
    4.2.1 调速器的静态指标  43-44
    4.2.2 调速器的动态指标  44-45
  4.3 模糊—PID控制器切换值优化研究  45-46
  4.4 量化因子和比例因子的确定  46-48
    4.4.1 量化因子的确定  46-47
    4.4.2 比例因子的确定  47-48
  4.5 优化后系统仿真结果与分析  48-49
  4.6 本章小结  49-50
第5章柴油机调速系统硬件在环仿真研究  50-63
  5.1 引言  50
  5.2 基于dSPACE的软件环境建立  50-53
    5.2.1 RTI软件接口设计  50-52
    5.2.2 Controldesk综合实验环境  52-53
  5.3 硬件调理电路  53-56
    5.3.1 执行器驱动电路  54-55
    5.3.2 位置调理电路  55
    5.3.3 转速信号调理电路  55-56
  5.4 位置环实时控制研究  56-59
  5.5 调速系统硬件在环仿真研究  59-62
  5.6 本章小结  62-63
第6章配机试验  63-70
  6.1 实验系统介绍  63-64
  6.2 实验结果分析  64-69
    6.2.1 起动过程  64-66
    6.2.2 怠速  66
    6.2.3 加速、减速实验  66-68
    6.2.4 突加突卸负荷试验  68-69
  6.3 本章小结  69-70
结论  70-71
参考文献  71-75
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  75-76
致谢  76

基于dSPACE的柴油机智能调速系统研究

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