珠海二手发电机|上柴讲解|柴油发电机组调速系统模型

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        通过TMS320LF2407对柴油发电机组进行速度控制我们需要建立柴油发电机组的调速系统模型，建立系统模型后我们可以对它用YfATLAB的SIMULINK对它进行仿真研究，比较采用常规PID，变积分PID控制，不完全微分PID控制，和模糊PID控制的不同效果。研究不同参数对系统动态过程品质的影响，为进一般改进和设计算法提供依据。
4．1柴油发电机组的调速系统模型
4．1．1柴油机模型
 柴油机结构复杂，影响因素众多，而且存在大量的非线性因素，因此用数学方法对其特性加以准确描述具有很大困难，在建模分析中需要做很多假设和简化处理．柴油机的输入量是执行器的输出轴位移，输出量是柴油机的转速，国内外有关研究人员在柴油机调速系统仿真分析计算方面做了不少的工作，采用的柴油机模型一般是一阶惯性环节—ToLs+I加延迟环节g～，实验证明能达到一定的精度。
4．1．2电磁执行器模型
 电磁执行器实质上是螺线管型直流线性比例电磁铁．采用阶跃响应实验建立了电磁执行器的无量纲化模型，执行器是将调速器的输出电压转换为与输入信号成比例的输出轴位移。定义执行器的时间常数位T，增益位K，它的传递函数为：据我们选用的执行器得到传递函数为
4．1．3转速反馈环节
 数字式电子调速器的转速反馈环节主要是转速传感器和转换电路，将转速传感器获得的频率信号转换为方波脉冲信号，它的输入是柴油机的转速，输出量是与转速度正比例的电压信号，定义它的增益为K，传递函数可看作比例环节：珠海发电机出租

G(S)=K
 4．1．4 PID环节
 转速调节采用PID控制．输入量是转速偏差信号，输出量是控制执行器的控制电流。在计算机控制中使用数字PZD控制，离散PID表达式为：
T为采样周期，K。为比例系数，巧为积分时间常数，％为微分时间常数．由于数字式调节运算与模拟式相比较，需要一定的运算时间，再加上一些判断、限制、补偿等处理过程，除采样环节外应再加上一个延迟环节：
G。(j)=81”
其中：t 1为延迟时间．柴油机的总的调速系统框图如4—1所示。“4”
图4．1调速系统框图
 基于DSP的柴油发电机组的控制器的设计
4．2面向Simulink数字调速系统框图
 建立了柴油发电机组调速系统的各模型后，我们用MATLAB的SimulinkiE具建立基于常规PID控制，变速积分PID控制，不完全微分PID控制和模糊PID控制的调速系统框图，下面分别进行介绍，首先介绍下常规PID控制，变速积分，不完全微分PID控制然后得出它们的系统仿真框图．
4．2．1常规PID控制系统框图的建立
 模拟PID控制系统原理框图如图4—2所示。
 图4—2模拟PID控制系统原理框图
PID控制器是一种线性控制器。它根据给定值r(t)和实际输出值c(t)构成控制偏差：
(4—1)
将偏差的比例(P)，积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。其控制规律为：“(f)为调节器的输出信号；g(f)为调节器的偏差信号，等于测量值与给定值之差；晦为调节器的比例系数；乃为调节器的积分时间；而为调节器的微分时间。
PID控制器各校正环节的作用如下：1)比例环节：即时成比例地反映控制系统的偏差信号P(力，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差；
2)积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数乃，乃越大，积分作用越弱，反之则越强；3)微分环节：反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期的修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。”“计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。
 需要采用离散化方法，在计算机控制系统中，采用数字PIB控制。
 位置式PID控制算法珠海发电机回收
 我们对式(4．2)进行离敞化处理，按模拟PID控制算法，以一系列的采样点kT代表连续的时间t，以矩形法数值积分近相似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，即：
r“kT (k=0，1?2?)
 f口(t)dt z rΣe(，r)=，Σ(，) (4—3)
—de—(t)。
 当执行机构需要的是控制量的增量时采用增量式PID控制。控制算法如下Au(k)=“(≈)一u(k一1)
 =KP陋(☆)一e(k一1)]。K，PfⅣ)+KD瞳(t)一2e(k一1)+e(k一2)] (4—5)
式(4—5)表示第k次输出的增量A U(k)，即在第k一1次的基础上增加(或减少的)量，所以式(4—5)叫做增量式PID控制算式。。“3
基于DSP的柴油发电机组的控制器的设计
 下面是它的系统仿真框图，如图4—3所示：
 图4—3常规PID控制系统仿真框图
4．2．2不完全微分PID控制系统框图的建立
 在PID控制中，微分信号的引入可以改善系统的动态特性，但也容易引起高频干扰，在误差突变时尤其显出微分项的不足。在控制算法中加入低通滤波器，则可使系统性能得到改善。微分环节反映了偏差信号的变化趋势，能在偏差信号值变得过大之前，在系统中引入一个有效早期修正信号，从而加快系统的动作速度，缩短调节时间，改善了系统的动态性能。但是微分环节对于干扰特别敏感，微分项仅在偏差突变后的第一个周期起激励作罔，对于时间常数较大的系统，其调节作用很小，不能达到超前控制误差的目的，并且微分项的幅KD一般较大，易造成微分项的过大过快变化，不利于系统的稳定和安全。系统对微分项的要求是微分项输出在偏差突变后的第一个周期不能过大．并随时间的推移逐步衰减而不是在下一个周期就不起作用。为此，本文将微分项分为两部分，一部分是对当前偏差的部分微分，另一部分是前一次微分输出的衰减余量。因为这种微分项计算只是对当前偏差进行部分微分，所以这种方法又叫不完全微分。不完全微分的微分项计算公式为：“D(．i})=K2(1～口)p(七)一e(k—1)J+删D(k一1) (4-6)其中a为微分衰减率，(O<a<1)；式中的前部分为对本次偏差的不完全微分，后部分为前一次微分输出的衰减余量。显然上式能满足系统对微分项的要求。所以不完全微分能有效克服完全微分的不足，具有较理想的控制特性。
 下面是不完全微分PID控制系统仿真框图，如图4—4所示：
 图4-4不完全微分PID控制系统仿真框图
4．2．3变速积分PID控制系统框图的建立
 在普通的PID控制算法中，由于积分系数是常数，所以在整个控制过程中，积分增量不变。珠海上柴发电机而系统对积分项的要求是，系统偏差大时积分作用应减弱甚至全无，而在偏差小时则应加强。积分系数大了会产生超调，甚至积分饱和，取小了又难以消除静差。因此，如何根据系统偏差大小改变积分的速度，对于提高系统品质是很重要的。变速积分可以较好的解决这一问题。变速积分PID的基本思想是，设法改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应：偏差越大，积分越慢，反之越快。为此，设置系数f(e(k))，它是e(k)的函数。当lP(七)l增大时，f减小，反之增大。更多柴油发电组技术资讯，详情请点击：http://http://www.dgbcfdj.com