基于DSP的氣發(fā)動機測控系統(tǒng)與瞬時轉(zhuǎn)速分析.pdf

1、天然氣發(fā)動機的研究是針對世界能源的日益匱乏和環(huán)境污染問題而隨之產(chǎn)生的。天然氣是一種經(jīng)濟保潔性燃料，而我國富有天然氣資源，因此研究天然氣發(fā)動機能夠充分利用國內(nèi)資源，降低對國際能源市場的依賴，前景非常廣闊。天然氣發(fā)動機電控系統(tǒng)的研究是其中一個重要的研究課題。傳統(tǒng)的電控系統(tǒng)大都采用單片機與計算機連接實現(xiàn)，速度慢，實時性不強。隨著數(shù)字信號處理器的飛速發(fā)展，超高速、低功耗和強實時性的數(shù)字信號處理器DSP逐漸代替單片機，使電控系統(tǒng)不斷完善，使天然氣

2、發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性、排放性等各項性能不斷提高。本文所介紹的正是一種以DSP為控制核心的天然氣發(fā)動機控制系統(tǒng)設(shè)計方案。 本系統(tǒng)主要由DSP控制處理核心、前置通道、執(zhí)行機構(gòu)、人機接口及電源等五部分構(gòu)成。該系統(tǒng)將自動控制理論轉(zhuǎn)變?yōu)閷崟r應(yīng)用算法移入DSP，與輸入、輸出部分共同構(gòu)成一個穩(wěn)定、可靠的負反饋系統(tǒng)控制氣發(fā)動機的點火時刻和點火能量，使發(fā)電機產(chǎn)生穩(wěn)定的交流電。 本文闡述了氣發(fā)動機控制系統(tǒng)的基本工作原理，提出了總體設(shè)計方案

3、，并給出了硬件結(jié)構(gòu)及實用方法。本文詳細介紹了系統(tǒng)控制核心部件及重要外圍電路，著重討論了模糊控制算法、軟件設(shè)計以及在硬件平臺上的實現(xiàn)。 本系統(tǒng)采用現(xiàn)今強大的數(shù)字信號處理器DSP-TMS320LF2407作為硬件控制處理核心。該芯片是市場份額占全球44％的DSP廠商美國TI公司推出的適用于工業(yè)控制的C2000系列產(chǎn)品之一，功耗低，執(zhí)行速度快，實時控制能力強。本文比較了DSP與單片機的一些特點，分析了DSP總線結(jié)構(gòu)、流水線指令執(zhí)行方式

4、和重復(fù)操作機制等方面的優(yōu)勢，詳細介紹了TMS320LF2407芯片的CPU、存儲器結(jié)構(gòu)等。 本文介紹了系統(tǒng)的其它重要硬件電路設(shè)計——前置通道電路、執(zhí)行結(jié)構(gòu)電路、人機接口電路和電源電路等。前置通道主要包括轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器和預(yù)處理電路，實現(xiàn)采集天然氣發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和溫度兩個重要信號，并進行放大，整形等處理；執(zhí)行機構(gòu)為DSP對輸入信號進行測算后去調(diào)整的電路部分；人機接口包括鍵盤、LED顯示、聲光報警等部分；電源電路向整個系統(tǒng)分配了

5、3組不同的電壓，以滿足系統(tǒng)需要。 本系統(tǒng)的實現(xiàn)還包括控制策略和軟件程序設(shè)計等部分。文中詳細介紹了系統(tǒng)的控制策略，根據(jù)采集的轉(zhuǎn)速和溫度信號制定模糊規(guī)則，設(shè)計模糊控制器，用模糊算法控制天然氣的進氣量，使燃料充分燃燒，達到最佳動力性能。軟件程序采用模塊法設(shè)計，包括初始化模塊、啟動模塊、采集處理模塊、控制模塊和人機接口模塊。本文給出了系統(tǒng)軟件流程總框圖和模塊框圖，對編程難點作了詳細說明，并介紹了編程環(huán)境CC及可能出現(xiàn)的問題。 以

6、上幾個部分的軟硬件有機組合，共同構(gòu)建了一個完整的控制系統(tǒng)。 本文最后對天然氣發(fā)動機瞬時轉(zhuǎn)速波形處理進行了研究，通過比較FIR濾波和IIR濾波兩種經(jīng)典算法對瞬時轉(zhuǎn)速波形的濾波效果，指出了比較適合天然氣發(fā)動機瞬時轉(zhuǎn)速特點的濾波方法和試驗方法，為將瞬時轉(zhuǎn)速波形故障診斷算法最終移入DSP作了初步的探索工作。 現(xiàn)在DSP技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到信息處理、通訊及工業(yè)控制等各個領(lǐng)域。本系統(tǒng)的成功實現(xiàn)會為進一步降低電力系統(tǒng)運作

7、的成本和提高電控系統(tǒng)的可靠性提供又一個具有說服力的實例，推動氣發(fā)動機應(yīng)用的發(fā)展歷程，加速DSP在發(fā)電系統(tǒng)及電力領(lǐng)域上的廣泛應(yīng)用，為社會和國家?guī)砀叩慕?jīng)濟效益，推動社會的發(fā)展和進步。 另一方面，國內(nèi)外在利用瞬時轉(zhuǎn)速波形進行發(fā)動機故障診斷方面做了大量的研究工作，并取得了一系列的成果，但仍然處于初期研究階段，因此，對瞬時轉(zhuǎn)速濾波方法的研究有著很大的必要性。本文后部分工作主要是研究適合發(fā)動機瞬時轉(zhuǎn)速的最佳濾波方法，并用實際采集的瞬時轉(zhuǎn)