基于DSP的发动机试验台测控系统研究

【摘要】：社会的发展迫切要求发动机在降低能耗和减少有害气体排放等方面有更大的进步,因而也对发动机测试提出了更高的要求。本文在调查研究国内外发动机测控技术后,在原有发动机测控系统的基础上,提出了用数字信号处理器控制,采用模糊PID算法实现发动机台架的自动化测试方案。该方案设计简单、功能强大,控制精度高,稳定性好,具有良好的应用价值和借鉴价值。 根据系统要实现的功能和达到的指标,系统采用DSP2812为核心控制器,电涡流测功机模拟发动机负载,主要完成速度特性试验、负荷特性试验、万有特性试验及其他各种专项试验。 从动力学分析的角度出发对试验台系统建立数学模型,分别对测功机吸收转矩、测功机励磁电流、发动机-测功机传动系统、发动机有效转矩建立动力学模型。随后研究了PID控制和模糊控制的原理,并结合两者设计了一个两输入三输出的模糊PID控制器,利用专家经验设计模糊规则,实现发动机,测功机的快速稳定控制。最后通过MATLAB仿真验证了模糊PID控制器优越的动态和稳态控制性能。 在硬件方面,设计了DSP系统及其外围电路,完成了油门驱动电路和电涡流驱动的设计。概要介绍了直流力矩电机驱动原理,油门驱动采用IPM(智能功率模块)实现电机全桥驱动,具有可靠性高、集成度高及驱动能力强等优点;分析了转速、转矩、温度、压力、电流等信号的测量原理,完成了各个信号调理电路的设计。 在软件方面,对于DSP系统软件部分主要完成包括主函数、各功能子函数如PWM模块、通信模块、信号捕捉模块、ADC采样等模块的编程,给出了各个模块的程序流程图。介绍了上位机系统的软件结构图和系统软件程序运行流程图。 最后通过软硬件的联合调试,将设计的测控系统用于发动机测试,取得了良好的测试效果。