小型天然氣發(fā)電機組控制系統(tǒng)開發(fā)研究

【摘要】：面對當前世界范圍內(nèi)的能源危機和日益嚴重的環(huán)境問題。天然氣作為一種高效、安全、儲量豐富的清潔能源現(xiàn)已進入了人們的視野。由于分布式發(fā)電具有體積小、移動方便、成本低等特點,因此對用于分布式發(fā)電的小型天然氣發(fā)電機組的研究具有重要的經(jīng)濟意義和社會效益。本文以小型氣體燃料發(fā)電機組發(fā)動機為研究對象,深入分析研究了小型氣體燃料發(fā)電機組發(fā)動機的運行特點,根據(jù)目前國內(nèi)小型天然氣發(fā)電機組控制過程中存在的點火控制模塊和速度調(diào)節(jié)模塊分離的現(xiàn)象進行,設(shè)計了包括發(fā)動機的點火控制模塊和速度調(diào)節(jié)模塊在內(nèi)的小型氣體燃料發(fā)電機組發(fā)動機的電控系統(tǒng),根據(jù)總體設(shè)計方案制定了相應(yīng)的控制策略,完成了控制系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計開發(fā)和調(diào)試試驗。選用英飛凌公司生產(chǎn)的XE164FN單片機作為控制系統(tǒng)的主控芯片。根據(jù)系統(tǒng)中傳感器及執(zhí)行器的特點設(shè)計了包括脈沖信號處理電路、模擬信號采集電路、開關(guān)量處理電路、點火驅(qū)動電路、節(jié)氣門控制電路、CAN通訊電路和電源電路在內(nèi)的硬件單元。由于發(fā)動機工作時所處的環(huán)境非常惡劣,為了保證系統(tǒng)的正常工作提高系統(tǒng)的可靠性,硬件設(shè)計時還對系統(tǒng)采取了相應(yīng)的防干擾措施。軟件方面系統(tǒng)主要由上位機和下位機兩部分組成。其中上位機軟件包括參數(shù)標定軟件及數(shù)據(jù)采集軟件,其中參數(shù)標定軟件能夠?qū)ο挛粰C的關(guān)鍵控制參數(shù)進行標定,并能夠?qū)Πl(fā)電機組的狀態(tài)進行監(jiān)測和顯示；數(shù)據(jù)采集軟件基于高速PCI采集卡開發(fā),用于對發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速信號進行采集和處理。下位機軟件根據(jù)功能可以分為啟動工況判斷函數(shù)、凸輪相位判斷函數(shù)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)函數(shù)等幾個主要函數(shù)。采用以速度調(diào)節(jié)為外環(huán),以節(jié)氣門位置調(diào)節(jié)為內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu),采用增量式PID作為本文的控制算法。最后,本文利用信號模擬裝置和電位器等裝置模擬傳感器產(chǎn)生信號,對所開發(fā)的電控系統(tǒng)進行了調(diào)試和模擬驗證試驗。并在由全柴490柴油機改進而來的天然氣發(fā)電機組上對控制系統(tǒng)的控制策略以及控制器的性能進行了測試。結(jié)果表明所設(shè)計的控制系統(tǒng)基本能夠達到預(yù)期的設(shè)計要求。 【關(guān)鍵詞】：天然氣 發(fā)電機組 控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制 PID
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM31
【目錄】：

• 摘要8-9
• abstract9-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 課題研究意義及目的11-13
• 1.2 小型天然氣發(fā)電機組控制系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 發(fā)電機電控單元硬件設(shè)計17-35
• 2.1 總體設(shè)計17-18
• 2.2 主芯片的選取18-20
• 2.3 硬件電路設(shè)計20-32
• 2.3.1 XE164FN的最小系統(tǒng)20-21
• 2.3.2 脈沖信號處理電路21-24
• 2.3.3 模擬信號處理電路24-26
• 2.3.4 開關(guān)量信號處理電路26
• 2.3.5 點火線圈驅(qū)動模塊26-30
• 2.3.6 電子節(jié)氣門控制30-31
• 2.3.7 CAN通信處理電路31
• 2.5.8 電源轉(zhuǎn)換電路31-32
• 2.6 硬件電路的抗干擾設(shè)置32-33
• 2.6.1 空間電磁干擾的防護措施32
• 2.6.2 電路板干擾的防護措施32-33
• 2.7 本章小結(jié)33-35
• 第3章 控制及測試系統(tǒng)軟件設(shè)計35-57
• 3.1 控制及測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)35-36
• 3.2 上位機軟件36-45
• 3.2.1 數(shù)據(jù)采集及處理軟件36-41
• 3.2.2 標定軟件41-45
• 3.3 下位機軟件45-56
• 3.3.1 啟動工況控制函數(shù)45-46
• 3.3.2 凸輪相位判斷函數(shù)46-49
• 3.3.3 轉(zhuǎn)速控制函數(shù)49-50
• 3.3.4 PID控制器的設(shè)計50-51
• 3.3.5 數(shù)字式PID控制算法51-54
• 3.3.6 PID參數(shù)整定54-56
• 3.4 本章小結(jié)56-57
• 第4章 發(fā)電機組系統(tǒng)組成及實驗研究57-65
• 4.1 天然氣發(fā)電機組實驗臺組成57-58
• 4.2 試驗結(jié)果分析58-63
• 4.3 本章小結(jié)63-65
• 第5章 總結(jié)與展望65-67
• 5.1 本課題主要研究內(nèi)容65-66
• 5.2 展望66-67
• 參考文獻67-71
• 致謝71-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄73-74
• 附件74

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