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甲醇裂解气发动机功率阀细分控制研究

作　者: 魏崇帆
导　师: 吕彩琴
学　校: 中北大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 甲醇裂解气发动机步进电机功率阀细分控制脉宽调制
分类号: TK433
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

甲醇裂解气发动机是一种高效、节能、环保的绿色发动机。步进电机功率阀是影响其性能发挥的关键部件。通过调整步进电机功率阀的阀芯位置来改变燃气通道的截面积,控制燃气的流量,从而控制进入发动机的混合气的混合比,使甲醇裂解气发动机具有较高的经济性。但在步进电机功率阀的工作的过程中存在着振动大、噪声大、寿命短和精度低的缺点。这些缺点严重影响了甲醇裂解气发动机性能的发挥。为了克服步进电机功率阀的上述缺点,本文在调研步进电机功率阀驱动控制技术和理论分析计算的基础上,设计了基于正弦电流细分和固定开关频率型电流跟踪脉宽调制技术的步进电机功率阀细分控制器,主要包括硬件电路设计、PI电流控制策略设计、软件设计,最后进行了控制器性能实验。实验结果表明所设计的步进电机功率阀细分控制器可以有效减小步进电机功率阀在工作过程中产生的振动和噪声,有效延长了步进电机功率阀的寿命,并将其控制精度提高了16倍,达到了预定目标。该细分控制器为甲醇裂解气发动机的性能进一步提高和改进提供了技术基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-15
  1.1 研究背景  8-12
    1.1.1 甲醇裂解气燃料的优势  8-10
    1.1.2 甲醇裂解气的供给方案  10-12
  1.2 步进电机功率阀的研究意义  12-13
  1.3 步进电机功率阀控制的研究现状  13-14
  1.4 本文主要研究内容  14-15
第二章步进电机功率阀的工作原理及其数学模型  15-25
  2.1 步进电机功率阀概述  15-17
  2.2 两相混合式步进电机的工作原理  17-18
  2.3 两相混合式步进电机的数学模型  18-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章步进电机功率阀细分控制理论  25-34
  3.1 细分驱动的原理及方式  25
  3.2 脉宽调制原理及其控制方式  25-29
    3.2.1 正弦脉宽调制(SPWM)原理  26-27
    3.2.2 电流追踪型PWM 控制  27-29
  3.3 步进电机功率阀电流控制器PID 算法  29-33
    3.3.1 模拟式PID 控制算法  30-31
    3.3.2 数字式PID 控制算法  31-33
  3.4 本章小结  33-34
第四章步进电机功率阀控制系统硬件设计  34-59
  4.1 步进电机功率阀控制系统组成  34-36
  4.2 细分控制器的选型及系统电路设计  36-42
    4.2.1 MC9S12XDP512 微控制器简介  36-38
    4.2.2 微控制器外围电路设计  38-42
  4.3 步进电机功率阀细分驱动电路设计  42-57
    4.3.1 DA 转换电路的设计  42-46
    4.3.2 电流比例积分控制器设计  46-50
    4.3.3 脉宽调制电路设计  50-54
    4.3.4 步进电机功率阀驱动功放电路设计  54-56
    4.3.5 绕组电流反馈电路设计  56-57
  4.4 硬件电路抗干扰设计  57-58
    4.4.1 电源设计的优化  58
    4.4.2 PCB 板布线的优化  58
  4.5 本章小结  58-59
第五章功率阀控制系统软件设计  59-67
  5.1 集成开发环境（IDE）及编程语言选择  59-60
    5.1.1 集成开发环境CodeWarrior for HCS12 概述  59
    5.1.2 编程语言的选择  59-60
  5.2 主程序的设计  60-63
  5.3 正弦、余弦电流表的制取  63-66
  5.4 本章小结  66-67
第六章实验及结论  67-71
  6.1 实验结果  68-70
  6.2 实验结果分析  70
  6.3 本章小结  70-71
第七章总结与展望  71-73
参考文献  73-76
攻读硕士学位期间发表的学术论文  76-77
致谢  77

甲醇裂解气发动机功率阀细分控制研究

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