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柴油发电机组的转速策略

2020-05-22
来源: 礼德动力
1 工作流程
1.1 电控系统工作流程
一般柴油机的电控系统的工作流程主要有如下3个步骤。第一,在柴油机内部存在数量众多的传感器,当模拟信号被传感器所接收时,传感器会对其进行合理的分析与处理,并通过系统自带的A/D 转换模式来把模拟量转换至数字量,这样信号就能够被整个系统所识别,并传输至电控系统的控制器模块中,也就是人们所俗称的调速器。第二,在控制器模块接收到经过处理的数字信号后,就会将其与既定的MAP 图中的相关数据信息进行对比,如若二者保持一致,那么就说明这样的控制状态是可行的,并继续保持;如若二者之间出现了一定的差异,那么控制器模块根据所预设的算法来进行计算,得出最佳的控制方式,并对现有的控制方向进行合理的调整,从而使数字信息能够符合相关标准,实现整个系统的理想化运转。第三,控制器模块在设置目标转速完毕之后,会将其中的控制信号传输至电控系统的执行器模块,后者会对这类控制信号进行分析与处理,进而获取最佳喷油时间以及喷油数量。一般在传统的电控系统中,执行器模块并未属于既定的理想状态,故而还需要采取合理的措施来对这一部分进行优化与改良。在完成喷油之后,电控系统会将最终的输出转变为柴油机的转速,并将输出情况传输至控制器模块,从而实现对整个系统的自动控制。
 
1.2 柴油发电机组工作流程
当电控系统完成转速的输出之后,柴油发电机组会根据其中的机械传动系统来让同步电机中的连杆曲轴完成转动,进而实现电能的产生。在同步电机进行工作时,其中有一个固定的定子位置,就会出现并不固定的电枢磁场,而与其同步转动的曲轴转子就会对磁感线不停地进行切割,进而出现三相感应电流,一般三相感应电流之间的电能差值为120 度。由于其中存在一定的电势差,高电势中的电流会自动流入低电势中,进而实现给负载方向输出相应电能的目的。由于柴油机必须根据同步电机的不断转动才能够产生一定的电能,因此就对电动机的转速稳定性有着较高的要求,必须要足够稳定的转速才能够确保所输出的三相交流电的效果。图1 为柴油发电机组发电的工作流程图。
 
柴油发电机组的转速策略
图1 柴油发电机组发电的工作流程图
 
2 柴油发电机组所存在的问题
当前柴油机在市面上有着较为广泛的应用,这主要是由于其电子控制系统具备较为突出的优势,已取代了传统的模拟电路控制系统以及机械式控制系统。但同时,该控制系统也存在一定的问题,需要对其深入的探讨,不断地对其进行优化与改良,使其能够逐渐适应当前社会的快速发展。
 
第一,在柴油发电机组中,对其进行控制的中枢便是柴油机电子控制系统,其主要任务便是确保柴油发电机组各个部位能够始终以最佳的状态进行运转。由于柴油发电机组在运转过程中会出现数量众多的不确定扰动,所以给柴油机的正常使用带来了一定程度的影响。目前,现代控制策略虽然已经逐渐被柴油机电控系统所结合,但在实际生产过程中想要实现其作用较为困难,因此只能沿用传统的PID 控制策略,相比之下还有着较大的完善与改进空间。
 
第二,在柴油发电机组控制系统中,主要是以单片机为核心所构建的一个微控制系统。这类微控制系统都具备一个共性,那就是其可靠程度无法满足相关的要求。在实际生产中,无法达到理想状态,可能会面临来自信号丢失、电磁干扰等困境。相比之下,传统机械式控制器就不会遇到这样的问题。因此,应当采取合理的措施来对控制电路进行优化与改良,让其能够对各类电磁所造成的干扰进行有效的抵抗,这样才能够最大化地保证柴油发电机组的顺利运转。
 
3 维持柴油发电机组稳定转速的策略
3.1 采取模糊控制,优化控制器结构
通过对相关实践资料进行研究分析发现,大部分柴油发电机组的电控系统存在或多或少的抖振现象,会严重影响电控系统的正常运转。这主要是因为电控系统的控制并不连贯。因此,仅仅依靠电控系统自身对控制规律进行改变是无法将抖振现象彻底消除的,必须要采取人工干预的措施来对其进行优化与改良。通过模糊控制算法,来对控制器模块的结构进行优化,能够有效实现对柴油机的合理控制,自主对柴油发电机组的转速进行调整。模糊控制主要是一种在复杂网络下的智能控制系统,在建立其控制模型时,往往对于系统的模型精确程度要求较低。在这样的背景之下,模糊控制会给系统一系列的模糊策略,系统也能够对自身的相应控制方向进行设定。因为模糊控制所具备的特点,使得控制器模块的精度得到了较低,让原有的滑模变结构在到达滑模面时会自主转换成模糊控制,能够有效降低抖振所产生的影响。要想明确这一策略是否可行,就必须在模糊控制所提供的最佳控制函数前提之下,对系统的稳定程度进行验证。主要是采取了Lyapunov 这一法则来对系统的稳定性进行证明,如果系统属于正定或半正定状态,那么该系统的稳定性相对较低;如果系统属于负定状态,那么该系统的稳定性相对较高;如果系统属于半负定状态,那么该系统的稳定性折中。证明的流程如下。
 
首先构建一个Lyapunov 函数:pagenumber_ebook=254,pagenumber_book=248
 
其中φ =(Cf-C·f),γ 属于一个不确定的常数。对Lyapunov 函数进行求导,会得到下列公式:V=-gSε-gSuN ≤0,若被控制的系统运动至S=0 这一滑动区域,为了能够确保该系统有着较高的稳定性,就需要对不连续控制uN 进行重新确定。让Lyapunov 函数pagenumber_ebook=254,pagenumber_book=248,并对V进行求导,会得到如下结果:V˙=Sg[g-1(λm-f-d+r-uN)-SguN],那么就能够得知,所有参数均≥0,那么Lyapunov 函数≤0,被控制的系统属于半负定状态,因为等效控制律属于负定状态,所以模糊控制器具备较高的稳定性。
 
3.2 优化执行器模块
要想最大化地提升柴油发电机组的转速,不能够单单依靠控制器模块的作用,其中执行器模块也起到了至关重要的作用。在柴油机执行器模块中,燃油喷射系统的执行模块最为关键,因此应当优化与改进柴油机燃油喷射系统。这样不但能够有效促进柴油机的良好发展,还能够在柴油机全面负荷的状态之下合理控制喷油压力以及喷油规律。当前一般采取高压共轨式燃油喷射系统,能够有效提升燃油喷射的功率与压力,其结构如图2 所示。
柴油发电机组的转速策略
 
图2 高压共轨燃油喷射系统结构图
 
在柴油发电机组执行器模块中,主要采取了高压共轨燃油喷射系统,虽然具备较大的优势,但其中同样存在一定的问题。由于高压共轨燃油喷射系统对于核心硬件部分有着极高的要求,必须要依赖于高超的制造技术,当前掌握这类的技术的企业主要包括日本DENSO 企业、德国BOSCH 企业以及我国的辽宁新风集团,因此要想做到在全国范围内的推广与普及,还有很长一段路要走。同时,在喷油控制策略方面还应当进行优化,如喷油时间、喷油数量以及喷油次数都还需要改进。
 
4 结 论
目前,柴油发电机组在我国生产中得到了较为广泛的应用。但柴油发电机组在运转过程中很容易受到来自外来因素的干扰而降低其稳定性。因此必须采取合理的措施,让其有一个稳定的转速,以确保柴油发电机组正常运转,保证人民群众日常生产工作的质量与效率。