小型汽油發(fā)電機作為人們日常生活備用電源之一在現(xiàn)今生活中發(fā)揮著越來越重要的作用,而伴隨著科技的進步和人們對綠色環(huán)保概念的重視,使得小型汽油發(fā)電機的發(fā)展從傳統(tǒng)的系統(tǒng)逐漸往變頻調速控制系統(tǒng)方向研究,采用逆變技術和變頻調速技術是小型汽油發(fā)電機領域今后發(fā)展的趨勢和方向。本論文針對國內小型汽油發(fā)電機變頻控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀,對汽油機整個控制系統(tǒng)進行研究,首先從控制系統(tǒng)的EMC設計出發(fā)對系統(tǒng)硬件部分各個模塊進行整體的方案比較和確定,并且設計了適合本變頻控制系統(tǒng)的汽油機點火器。
著重對汽油機變頻調速控制系統(tǒng)進行研究,分析了汽油機穩(wěn)態(tài)和動態(tài)情況下的數學模型并且分析了適合本控制系統(tǒng)的幾種控制算法,結合各個控制算法的優(yōu)缺點終設計了PID-Fuzzy復合控制器,并且通過仿真結果對比表明本控制器的優(yōu)越性。本論文還針對控制系統(tǒng)的軟件部分進行設計,特別是對系統(tǒng)安全性角度出發(fā)進行軟件設計。通過硬件保護電路和安全保護程序雙重作用使得整個控制系統(tǒng)安全可靠并且大大增加了系統(tǒng)的使用壽命。后本論文依據國家標準對汽油機控制系統(tǒng)有關參數進行測試,為了體現(xiàn)本控制系統(tǒng)的優(yōu)越性,分別與國內產品(Kipor)和國外產品(本田)在各個性能參數上進行比對,終得到的結果顯示本控制系統(tǒng)在絕大多數性能上要優(yōu)于這兩款產品,實驗表明本變頻控制系統(tǒng)性能優(yōu)異成本較低,值得推廣。
小型汽油發(fā)電機組具有體積小、重量輕、移動方便等特點,常被作為小型商場、娛樂場所、無人值守變電站等的備用電源而廣泛應用,而且在國防設施、石油平臺、野外勘探、移動通信以及災害救援等領域也是不可缺少的關鍵裝備之一。汽油機的轉速穩(wěn)定性是影響汽油發(fā)電機各項電氣性能指標的重要因素之一,但目前汽油機轉速測量與控制主要通過機械元件實現(xiàn),就不可避免地存在慣性滯后、摩擦阻力大、調節(jié)粗糙等缺陷,其轉速調整率一般在士10%左右。如果用這種汽油機去帶動發(fā)電機,其輸出電壓調整率和穩(wěn)態(tài)頻率帶將較大。
致力于應用的智能控制和數字電子技術,設計一種智能數字式電子調速器,來解決機械式調速和常規(guī)模擬PID控制在汽油同步發(fā)電機轉速調節(jié)中的局限性。本文分析了汽油同步發(fā)電機的工作原理,研究了它在改變負載、轉換節(jié)氣門開度時的工況,并建立了系統(tǒng)的數學模型,其中包含有勵磁飽和等非線性環(huán)節(jié),得出了引入數字式電子調速器的必要性。調好參數的常規(guī)PID控制器應用于非線性系統(tǒng)和復雜系統(tǒng)時,隨著工況不同系統(tǒng)性能會變差甚至不穩(wěn)定,不能從根本上解決動態(tài)品質和穩(wěn)態(tài)性能之間的矛盾。而模糊控制模擬人類的思維方法,把對復雜系統(tǒng)的控制規(guī)則化、知識化,運算迅速而且又容易掌握,但是控制精度較差,無法徹底消除靜差。
如果把二者有機結合起來,就可以揚長避短,既具有模糊控制算法編制靈活和適應性強的優(yōu)點,又具有PID控制精度高的特點。使用智能多模態(tài)控制,根據系統(tǒng)的實際運行狀態(tài),實時切換到控制算法,達到系統(tǒng)快速性、穩(wěn)定性和準確性指標之間的結合。Matlab仿真結果表明,使用多模態(tài)控制比數字PID控制能夠實現(xiàn)更小的超調量和更短的調節(jié)時間,從而達到更好的動態(tài)性能。本設計是在三鼎SDQF2-II型單相汽油發(fā)電機組上實現(xiàn)的,控制系統(tǒng)以單片機微控制器為中心,具有頻率測量與顯示、控制運算、節(jié)氣門控制輸出、報警保護、與計算機通信等功能模塊,設計過程分為硬件和軟件兩個部分。進行了穩(wěn)態(tài)試驗和負載切換的動態(tài)試驗,并用計算機端應用程序來記錄汽油發(fā)電機運行的頻率和節(jié)氣門開度等數據,以測試控制算法實際效果。在應用了多模態(tài)控制方法以后,實現(xiàn)了國家機械行業(yè)標準工頻汽油發(fā)電機組JB/T10304-2001規(guī)定的G2頻率等級。由于使用單片機微控制器進行轉速調節(jié),對不同型號選用合適的控制參數,就可以使用本文設計的數字式電子調速器進行轉速調節(jié)。
