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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

段军  
【摘要】: 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。


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