CN103485914B - 内燃机车柴油机转速给定信号标定***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机车电传动***技术领域，尤其是一种内燃机车柴油机转速给定信号标定***，由柴油机转速给定信号标定开关、司空器档位手柄、车载微机、柴油机调速板、电喷控制器、柴油机转速检测模块组成，以车载微机为控制核心，车载微机通过总线与柴油机调速板连通，且该柴油机调速板外接有电喷控制器，车载微机通过硬线分别与司空器档位手柄、柴油机转速检测模块连通，所述的车载微机另通过硬线连接有柴油机转速给定信号标定开关。本发明可弥补常规模式的控制精度低、累积误差大、易受器件老化影响等缺点，同时避免闭环模式下的柴油机空载运行的转速超调。在实现对内燃机车柴油机精确调速的基础上最大限度满足机车操作人员需求。

Description

内燃机车柴油机转速给定信号标定***及其控制方法

技术领域

本发明涉及内燃机车电传动***技术领域，尤其是一种内燃机车柴油机转速给定信号标定***及其控制方法。

背景技术

在装用电喷控制器的内燃机车控制***中，很常见的一种柴油机转速给定信号形式是PWM波(Pulse-WidthModulation)。电喷控制器根据上位机发送的的PWM信号脉宽调节柴油机转速。上位机对PWM信号的调节有两种方式：

（1）常规模式

主要原理是：车载微机对电喷控制器实施常规控制。车载微机向电喷控制器发送一定脉宽的PWM信号，其脉宽与主手柄档位对应。在同一档位下，PWM脉宽一定。这实质上是一种开环控制模式。

（2）闭环模式

主要原理是：车载微机以实际柴油机转速为反馈构成控制闭环，对电喷控制器实施闭环控制。在任何情况下，这个控制闭环中的PWM信号都是动态的，其脉宽取决于PID调节器的输出。

上述的两种模式，“常规模式”存在控制精度低、累积误差大、易受器件老化影响等缺点；“闭环模式”可以弥补“常规模式”的缺点，但在柴油机空载运行时易形成转速超调。另外，由于“闭环模式”控制算法较为复杂、“常规模式”相对简单明了，机车操作人员往往更青睐“常规模式”。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本发明提供了一种内燃机车柴油机转速给定信号标定***及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种内燃机车柴油机转速给定信号标定***，由柴油机转速给定信号标定开关、司空器档位手柄、车载微机、柴油机调速板、电喷控制器、柴油机转速检测模块组成，以车载微机为控制核心，车载微机通过总线与柴油机调速板连通，且该柴油机调速板外接有电喷控制器，车载微机通过硬线分别与司空器档位手柄、柴油机转速检测模块连通，所述的车载微机另通过硬线连接有柴油机转速给定信号标定开关。

一种内燃机车柴油机转速给定信号标定***的控制方法，其过程如下：

a.***上电初始化；

b.查看是否存在档位-脉宽关系表，若不存在，进入过程c；若存在档位-脉宽关系表，直接进入过程d；

c.生成档位-脉宽关系表，档位-脉宽关系表存储于车载微机的EPROM中；

d.采集柴油机转速信号、采集柴油机转速给定信号标定开关1触点信号和司控器档位手柄2触点信号；

e.档位判断；

f.查表判断标定开关位置；

g.根据柴油机转速给定信号标定开关的位置决定是否进入控制闭环，若不进入控制闭环，则***实施常规控制，即进入过程h；若进入控制闭环，即进入过程j；

h.***载入档位-脉宽关系表；

i.根据档位-脉宽关系表查表计算档位对应的PWM脉宽，进入过程o；

j.进入控制闭环后，以柴油机目标转速为给定值，以柴油机当前转速为反馈值进行闭环PID计算；

k.根据柴油机转速给定信号标定开关位置决定是否实施标定，当开关位于“标定”位时***进入“标定模式”；

l．计算柴油机转速信号离散度，判断其是否稳定；

m.若柴油机转速稳定则实施标定，否则不实施标定；

n.计算最近十次PWM输出脉宽的均值，以该均值为档位对应脉宽，更新档位-脉宽对应表以完成标定；

o.根据常规控制或闭环控制的计算结果输出对应脉宽的PWM波。

本发明的有益效果是，通过引入“标定模式”，弥补“常规模式”的控制精度低、累积误差大、易受器件老化影响等缺点，同时避免“闭环模式”下的柴油机空载运行的转速超调。在实现对内燃机车柴油机精确调速的基础上最大限度满足机车操作人员需求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明***的结构示意图；

图2是本发明各电气之间的连接图；

图3是本发明的程序流程图；

图中1、柴油机转速给定信号标定开关，2、司空器档位手柄，3、车载微机，4、柴油机调速板，5、电喷控制器，6、柴油机转速检测模块，7、柴油机，11、触点一，12、触点二。

具体实施方式

如图1是本发明的结构示意图，一种内燃机车柴油机转速给定信号标定***，由柴油机转速给定信号标定开关1、司空器档位手柄2、车载微机3、柴油机调速板4、电喷控制器5、柴油机转速检测模块6组成，以车载微机3为控制核心，车载微机3通过总线与柴油机调速板4连通，且该柴油机调速板4外接有电喷控制器5，车载微机3通过硬线分别与司空器档位手柄2、柴油机转速检测模块6连通，所述的车载微机3另通过硬线连接有柴油机转速给定信号标定开关1。所述“柴油机转速给定信号标定开关”实际上就是一个万转开关，该开关有两组触点，可以向微机输出入如表1所示的4种开关量状态。车载微机判断该开关的位置，控制整个***在“常规模式”、“闭环模式”、“标定模式”间切换。

在“常规模式”下***实施常规控制。“闭环模式”和“标定模式”***都要进入控制闭环，区别在于前者增加了自动更新“档位-脉宽对应表”的过程，即有过程l、m、n，而后者跳过了这些过程。

各部件的主要工作原理如下：司控器档位手柄2用于给定柴油机目标档位。车载微机3用于协调整个***的工作，其检测柴油机转速给定信号标定开关1状态、司控器手柄1信号状态、柴油机调速板4当前PWM波输出状态、柴油机7当前实际转速等信息，实现***在“常规模式”、“闭环模式”、“标定模式”间的转换。柴油机调速板4根据车载微机的脉宽指令，输出PWM波。电喷控制器5的作用是在接收到柴油机调速板发出的PWM波后，调整柴油机到对应转速。柴油机转速检测模块6用于向车载微机提供闭环控制的反馈量。柴油机转速给定信号标定开关1对柴油机转速给定信号的准确度（精度）进行检测是否符合标准。

图2中模块柴油机转速给定信号标定开关1有触点一11和触点二12两个触点，可以输出4种状态即“0”、“常规”、“闭环”、“标定”。其对应关系可见表1柴油机转速给定信号标定开关闭合表。

表1柴油机转速给定信号标定开关闭合表

（注：0代表触点断开，1代表触点闭合）

线路检修和设备维护时，开关处于“0”位，此时触点1、触点2均断开。

机车正常运用时，司机应当选择“常规”位。当柴油机转速给定信号标定开关1处于“常规”位时，触点1闭合，触点2断开，此时***处于“常规模式”，车载微机3对柴油机电喷控制器5实施常规控制，即开环控制。车载微机3按照档位-脉宽对应关系向电喷控制器5发送一定脉宽的PWM信号，其脉宽与司控器当前档位对应。

若“常规模式”下柴油机转速与该档位下的柴油机转速目标值之间存在较大偏差，则操作人员需要对柴油机转速给定信号实施标定，此时将柴油机转速给定信号标定开关1拨到“标定”位，触点1、触点2均闭合，***处于“标定模式”。标定过程如下：车载微机3对柴油机电喷控制器5实施闭环控制，按照闭环PID计算的结果向电喷控制器5输出PWM波，并同时判断柴油机转速。待柴油机转速稳定后，车载微机3计算此时实际输出的PWM脉宽，并更新档位-脉宽关系，生成新的档位-脉宽对应表以供“常规模式”使用。完成标定后，可以将开关拨回“常规”位，车载微机3将按照新的档位-脉宽对应关系表向电喷控制器5发送与司控器当前档位对应脉宽的PWM波。这样实行标定过程后，可以对柴油机转速给定信号进行校准，进而提高“常规模式”下的控制精度。

“闭环”位介于“常规”位与“标定”位之间。当开关处于“闭环”位时，触点1断开，触点2闭合，此时***处于“闭环模式”，车载微机3对柴油机电喷控制器5实施闭环控制，但不实施标定。

在通常情况下，对柴油机的控制可以采用“常规模式”，这种模式控制精度低、累积误差大、易受器件老化影响，但不存在转速超调；对柴油机的控制也可以采用“闭环模式”，这种模式精度高，但相应的缺点就是存在转速超调。“标定模式”综合了两者的优点。对于采用了本发明专利的机车，推荐的操作方式是“常规模式”，如果司机在“常规模式”下发现柴油机稳定运行时的实际转速与当前档位下的目标转速间存在较大偏差，则司机拨动“柴油机转速给定信号标定开关”到“标定位”，***在“标定模式”下根据控制闭环的计算结果自动更新“档位-脉宽对应表”，然后司机可以将开关拨回“常规位”，***将按照新的“档位-脉宽对应表”对柴油机转速实施开环控制，注意，司机不会频繁实施这一操作。当然，也不禁止司机将开关拨到“闭环位”，此时对***的控制将是纯粹的闭环控制，尽管此时的控制存在超调，但对于司机而言是最省事的。

如图3，其运行过程如下：

a.***上电初始化。

b.若***从未实施过标定，则不存在档位-脉宽关系表，需进入过程c；否则跳过过程c，直接进入过程d。

c.生成如表2所示的档位-脉宽关系表。该关系表被存储在车载微机的EPROM中，可以掉电保持。

表2初始的档位-脉宽对应表

d.采集柴油机转速信号；采集柴油机转速给定信号标定开关触点信号和司控器档位手柄触点信号。

e.根据表3所示的档位手柄触点闭合表判断柴油机目标档位，并计算当前档位对应的柴油机目标转速。

表3档位手柄触点闭合表

注：0代表触点断开，1代表触点闭合

f.根据表1所示的柴油机转速给定信号标定开关闭合表判断标定开关位置。

g.根据柴油机转速给定信号标定开关的位置决定是否进入控制闭环：当开关位于“0”位或“常规”位时，***实施常规控制，即进入过程h；当开关位于“闭环”位或“标定”位时，***进入控制闭环，即进入过程j。

h.实施常规控制时，车载微机载入由过程c或过程n得到的档位-脉宽关系表。

i.根据档位-脉宽关系表查表计算档位对应的PWM脉宽，进入过程o。

j.***进入控制闭环后，以柴油机目标转速为给定值，以柴油机当前转速为反馈值进行闭环PID计算。

k.根据柴油机转速给定信号标定开关位置决定是否实施标定，当开关位于“闭环”位时跳过过程l、m、n，直接进入过程o；当开关位于“标定”位时***进入“标定模式”，即进入过程l。

l.计算柴油机转速信号离散度，判断其是否稳定。

m.若柴油机转速稳定则实施标定，否则不实施标定。

n.计算最近十次PWM输出脉宽的均值，以该均值为档位对应脉宽，更新档位-脉宽对应表以完成标定。

o.根据常规控制或闭环控制的计算结果输出对应脉宽的PWM波。

这样实行标定过程后，可以对柴油机转速给定信号进行校准，进而提高“常规模式”下的控制精度。

本发明通过引入“标定模式”，一方面可弥补“常规模式”的控制精度低、累积误差大、易受器件老化影响等缺点，另一方面可同时避免“闭环模式”下的柴油机空载运行的转速超调。在实现对内燃机车柴油机精确调速的基础上最大限度满足机车操作人员需求。

Claims (3)

1.一种内燃机车柴油机转速给定信号标定***，由柴油机转速给定信号标定开关（1）、司空器档位手柄（2）、车载微机（3）、柴油机调速板（4）、电喷控制器（5）、柴油机转速检测模块（6）组成，以车载微机（3）为控制核心，车载微机（3）通过总线与柴油机调速板（4）连通，且该柴油机调速板（4）外接有电喷控制器（5），车载微机（3）通过硬线分别与司空器档位手柄（2）、柴油机转速检测模块（6）连通，其特征是，所述的车载微机（3）另通过硬线连接有柴油机转速给定信号标定开关（1）。

2.根据权利要求1所述的一种内燃机车柴油机转速给定信号标定***，其特征是，所述的柴油机转速给定信号标定开关（1）设有触点一（11）、触点二（12）两个触点。

3.一种根据权利要求1所述内燃机车柴油机转速给定信号标定***的控制方法，其特征是，其过程如下：

a.***上电初始化；

b.查看是否存在档位-脉宽关系表，若不存在，进入过程c；若存在，直接进入过程d；

c.生成档位-脉宽关系表，档位-脉宽关系表存储于车载微机的EPROM中；

d.采集柴油机转速信号、采集柴油机转速给定信号标定开关（1）触点信号和司控器档位手柄（2）触点信号；

e.档位判断；

f.查表判断标定开关位置；

g.根据柴油机转速给定信号标定开关的位置决定是否进入控制闭环，若不进入控制闭环，则***实施常规控制，即进入过程h；若进入控制闭环，即进入过程j；

h.***载入档位-脉宽关系表；

i.根据档位-脉宽关系表查表计算档位对应的PWM脉宽，进入过程o；

j.进入控制闭环后，以柴油机目标转速为给定值，以柴油机当前转速为反馈值进行闭环PID计算；

k.根据柴油机转速给定信号标定开关（1）位置决定是否实施标定，当开关位于“标定”位时***进入“标定模式”；

l．计算柴油机转速信号离散度，判断其是否稳定；

m.若柴油机转速稳定则实施标定，否则不实施标定；

n.计算最近十次PWM输出脉宽的均值，以该均值为档位对应脉宽，更新档位-脉宽对应表以完成标定；

o.根据常规控制或闭环控制的计算结果输出对应脉宽的PWM波。