[实用新型]小功率柴油发电机恒速恒频双闭环控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种柴油发电机领域，特别是其控制系统。

背景技术

柴油机调速系统实质上是属于速度控制系统，即速度闭环控制。随着自动控制技术的发展，对发动机调速性能的要求也越来越高。发动机上最初使用的是离心式机械调速器。离心式机械调速器作为第一代调速器，调速精度较差，主要用于小型发动机调速。在70年代中期广泛应用的液压机械调速器可以说是第二代调速器，调节性能有所提高，曾被广泛应用于内燃机电站调速及船舶动力装置等。随着发电机组容量的不断增大及某些特殊用电对象对供电质量要求的提高，又出现了以模拟电路为核心的全电子调速器，可将其归纳为第三代调速器。近年来，柴油发动机的调速也从传统的模拟技术转向数字控制，出现了以微处理器为核心的第四代数字式电子调速器。如德国MTU公司的R082型，美国WOODWARD公司的PROACTI / II /I I/IV系列，日本NABCO公司的MG-80型数字电子调速器等。作为新一代电调，数字式电调具有算法灵活、精度高、抗干扰能力强等优点，自90 年代中期以来，其在发动机调速领域己逐渐推广。

柴油机调速系统因其具有复杂的非线性、时滞、时变不确定性等特性，难以对其建立精确的数学模型。PID控制作为一种实际生产过程普遍采用的工程控制方法，具有计算量小、实时性强、易于实现等特点，因此，在调速领域被广泛采用。目前，国内外柴油发电机组用电子调速器均是基于PID控制技术实现的，大多数仍采用模拟电路实现。最典型的两家公司是美国伍德沃德公司和德国海因兹曼公司。这两家公司产品均采用模拟电路实现PID运算。其具体实现又有所区别：伍德沃德公司的比例环节上采用了锁相环技术，其输入为频率量。而海因兹曼公司则采用频压转换技术将电磁传感器的频率信号转换为电压，再进行比较放大处理。对于数字电子调速器，国内外只有美国新格斯达公司有商业化产品，其控制仍是采用普通PID运算，各参数整定须用配套设备进行相应调整。为进一步提高数字式电调的性能指标，仍需在控制理论和控制算法等方面加强研究。

电子式调速器的国外品牌主要有德国海因兹曼公司、瑞士ABB公司、德国Bosch公司、美国AMBAC公司和美国新格斯达公司等；国内品牌主要有兰州电源车辆研究所和上海孚创动力等。

综合国内外研究现状，目前，对于小功率柴油发电机组供电电压频率的控制均由柴油机调速器实现，用于控制小功率柴油发电机组供电频率恒定的数字式双闭环控制方法尚属空白。 鉴于此，本专利提出的小功率柴油发电机组双闭环控制方法是柴油发电机组输出电压频率保持恒定的核心，可替代现有小功率柴油发电机组各种形式的调速技术，以解决强内、外扰动所造成输出电压频率波动的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供小功率柴油发电机恒速恒频双闭环控制系统，用以解决不同类型柴油机转速的精确控制和发电机组的频率波动问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案是：小功率柴油发电机组恒速恒频双闭环控制系统，该控制系统由作为内环的柴油机转速闭环和作为外环的发电机组频率闭环构成，所述发电机组频率闭环的误差输入经过PID控制器调节后作为柴油机转速闭环的输入，所述柴油机的动力输出通过传动系统驱动发电机组；所述发电机组频率闭环的误差输入为设定频率与发电机组频率测量值的差值。

所述柴油机转速闭环的输入与柴油机转速测量值的差值通过一个自适应转速控制器调节后输出到执行机构，执行机构控制连接喷油泵，通过控制喷油泵的供油量调控柴油机的转速。

所述柴油机转速测量值通过安装在柴油机输出轴上的转速传感器获得。

所述发电机组频率测量值通过设置在发电机输出端的电压传感器及相应数字信号处理电路获得。

柴油发电机组工作工程分为启动、正常工作、负载突变和停机四个工作模式。启动和停机工作模式采用转速闭环对柴油机进行控制，在正常工作和负载突变工作模式下采用转速与频率闭环对柴油机进行控制。

根据柴油机启动和停机信号，直接使用转速环进行控制；设定一个稳态波动率，表征柴油机转速的波动率，当超调率超过稳态波动率时，为负载突变工作模式，其他情况为正常工作模式。这些模式的判断均由控制器软件实现。

对柴油机转速与发电机组输出电压频率既可实施联合控制，又可分别实施独立控制，以实现柴油发电机组转速或频率稳定。采用本实用新型的控制系统，有效解决了因柴油机与发电机之间动力传输方式（如刚性联结、柔性联结）和变负载情况下造成的发电机组输出电压频率波动问题。

附图说明