厦门柴油发电机组建模及转速控制

柴油机转速的控制质量直接影响柴油发电机组的电力质量，本文针对柴油机转速控制进行了如下研究： (1)研究了柴油发电机组硬件在环仿真系统的原理框架，在此基础上完成了系统的硬件、软件设计。在柴油发电机组硬件在环仿真系统中，柴油机、同步发电机等复杂部件整体以数学模型的形式在计算机中运行，作为“虚拟柴油发电机组”参与仿真；电磁执行器、电子调速器等其他部件则以实物形式安装在仿真系统中，与“虚拟柴油发电机组”通过传感器及数据采集卡相互联接，配合“虚拟柴油发电机组”进行实时仿真。为了增强仿真过程与实际柴油发电机组工作过程的相似性，柴油发电机组硬件在环仿真系统使用三相交流伺服电机调速系统还原“虚拟柴油发电机组”的转速，电机的转速再反馈至电子调速器进行转速闭环控制。柴油发电机组硬件在环仿真系统的加载、卸载仿真结果表明，该系统完全可用于电子调速器的开发与测试。 (2)通过采集实际柴油发电机组的柴油机转速、电磁执行器的齿条位移和用电负载的输入输出数据，基于NARX (Nonlinear AutoRegressive with eXogenous inputs)建模理论建立了适用于柴油发电机组硬件在环仿真系统的柴油发电机模型，该模型准确描述了柴油机转速和执行器的齿条位移以及用电负载的输入输出关系。由于NARX模型为简单的多项式函数形式，所以还具有运算时间短的优点。柴油发电机组硬件在环仿真系统的加载、卸载试验结果表明，本文建立的柴油发电机组模型可以准确描述实际柴油发电机组加载、卸载时的转速特性。 (3)设计了柴油发电机组的数字式电子调速器。本文首先介绍了数字式电子调速器关键功能模块的硬件设计原理，并对硬件进行了性能测试。测试结果表明，数字式电子调速器的硬件功能符合设计要求。然后，阐述了主要软件功能的实现思想并进行了ADC采集精度和测频精度的测试。最后，进行了柴油发电机组转速PID控制的优化改进并完成了仿真研究，仿真结果表明：采用分段PI控制和不完全微分PD的并联PID控制算法可以显著改善转速控制效果。