CN103670747A - 一种柴油机转速控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种柴油机转速控制方法，柴油机经起动后，当其转速达到着火转速100转/分时，把起动DBR燃油限制值作为电流环的结果输出，以PWM波的方式控制执行器从而控制柴油机的转速；当柴油机转速增加到700转/分时，转速环和电流环流开始共同来控制转速；当柴油机转速达到1500±10转/分时，柴油机进入电站工况，此时通过电位计微调目标转速来设定最终目标转速，从而使柴油机在电站工况下稳定运行；当柴油机需要停机时，控制器捕捉到断油信号后，执行器在自身弹簧力的作用下迅速回到零位，即可进入停机状态。本发明不再需要位置环，使执行器的结构变的简单可靠，成本更低，而且控制器也将体积更小，实用性好。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种柴油机控制方法，具体地说是柴油机转速控制方法。
背景技术
目前柴油机调速器已经由传统的机械式调速器发展为电子调速器，但大多数电子调速器都采用基于转速和位置的双闭环控制方法，这种控制方法在电站和船舶柴油机上已广泛应用。虽然该方式有着较好的控制效果，但存在如下不足：由于引入了位置环，不得不在执行器中添加位置传感器，使得执行器结构更加复杂、成本也较高，并且位置传感器的可靠性将直接决定着电子调速器能否正常工作，一旦位置传感器损坏，调速器将失效，柴油机转速将失去控制，甚至引发严重事故；位置传感器需要额外供电，使得调速器需要预留更多的接线端子，体积较大；基于转速和位置双闭环的电子调速器往往需要对PID参数进行动态调整，一组PID参数很难满足全工况的需求，使得软件设计更为复杂，标定工作量大，给使用者带来诸多不便。
发明内容
本发明的目的在于提供不仅省去了位置传感器，使执行器结构更简单可靠，而且有着良好的控制效果的一种柴油机转速控制方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种柴油机转速控制方法，其特征是：
柴油机经起动后，当其转速达到着火转速100转/分时，即确定柴油机进入起动工况，把起动DBR燃油限制值作为电流环的结果输出，以PWM波的方式控制执行器从而控制柴油机的转速；
当柴油机转速增加到700转/分时，转速环和电流环流开始共同来控制转速：首先由加速率产生目标转速，其中参数加速率用于控制达到电站工况下额定转速1500转/分的时间和设定目标转速，通过实际转速与目标转速比较，产生转速偏差，经转速环PID计算后将其结果作为电流环的当前目标值，再通过采集的执行器实际电流值与该当前目标电流值比较，产生电流偏差，再经过电流环PID计算后，产生执行器控制输出结果；当柴油机转速达到1500±10转/分时，柴油机进入电站工况，此时通过电位计微调目标转速来设定最终目标转速，从而使柴油机在电站工况下稳定运行；
当柴油机需要停机时，控制器捕捉到断油信号后，即停止转速和电流双闭环对执行器的输出控制，执行器在自身弹簧力的作用下迅速回到零位，即可进入停机状态。
本发明还可以包括：
1、柴油机进入起动工况时，通过转速来查询起动DBR燃油限制值。
2、当柴油机转速增加到700转/分后，经过电流环PID计算，产生执行器控制输出结果，该结果不能大于该转速下最大燃油DBR限制值，即通过转速环和电流环两级串联控制执行器使得喷油泵齿条向减小转速偏差的方向运动，从而使柴油机的实际转速始终紧跟目标转速的变化而变化。
3、柴油机进入电站工况后，在转速环和电流环双闭环控制过程中，通过对转速偏差、电流偏差进行放大处理以及防止积分饱和限制和超速保护，并且PID的计算周期和输出结果控制周期都在5毫秒内。
本发明的优势在于：由于引入电流环，故不再需要位置环，这不仅使执行器的结构变的简单可靠，成本更低，而且控制器也将体积更小，实用性好，同时由于转速和电流有较好的耦合作用，经整定后合适的PID参数可以适应柴油机的全工况，从而使软件设计更加简单，省去了PID参数的动态调整环节，因此，此方法可以提高整个调速***的可靠性，从而使柴油机更加稳定可靠的工作。
附图说明
图1为基于转速和电流双闭环的柴油机转速控制原理框图；
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1～2，柴油机可运行在船舶电站模式，当柴油机工作在电站模式时，柴油机主要分为三种工况，起动工况、电站工况和停机工况。柴油机经起动后，当其转速达到着火转速100转/分时，即确定柴油机进入起动工况，此时主要通过转速来查询起动DBR燃油限制值，并把起动DBR燃油限制值作为电流环的结果输出，以PWM波的方式控制执行器从而控制柴油机的转速；当柴油机转速增加到700转/分时，转速环和电流环流开始共同来控制转速，首先有加速率产生目标转速，其中参数加速率主要用于控制达到电站工况下额定转速1500转/分的时间和设定目标转速，通过实际转速与目标转速比较，产生转速偏差，经转速环PID计算后将其结果作为电流环的当前目标值，再通过采集的执行器的实际电流值与该当前目标电流值比较，产生电流偏差，再经过电流环PID计算后，产生执行器控制输出结果，但该结果不能大于该转速下最大燃油DBR限制值，即通过转速环和电流环两级串联控制执行器使得喷油泵齿条向减小转速偏差的方向运动，从而使柴油机的实际转速始终紧跟目标转速的变化而变化；当柴油机转速达到（1500±10）转/分时，柴油机进入电站工况，此时可以通过电位计微调目标转速来更加精确的设定最终目标转速1500转/分，从而使柴油机在电站工况下稳定运行；为防止负荷突变而导致柴油机转速波动过大，在双闭环控制过程中，可以通过对转速偏差、电流偏差进行恰当放大处理以及防止积分饱和限制和超速保护，并且PID的计算周期和输出结果控制周期都应控制在5毫秒内，来提高对柴油机转速控制的精度和灵敏性，确保柴油机稳定运行在电站工况下；当柴油机需要停机时，控制器捕捉到断油信号后，即停止转速和电流双闭环对执行器的输出控制，执行器在自身弹簧力的作用下迅速回到零位，即可进入停机状态。
当柴油机进入怠速工况后，可根据实际情况进行加速，减速操作，也即进入运行工况，此时主要是通过转速传感器采集柴油机的转速信号，首先将采集到实际转速与设定转速进行比较得到转速偏差，通过转速PID调节计算后将其结果作为执行器电流的当前目标值，再根据采集到的执行器的实际电流值与给定的目标电流值进行比较得到电流偏差，再经过电流PID调节计算将最终结果作为控制执行器的给定值，通过转速环和电流环两级串联控制执行器使得喷油泵齿条向减小转速偏差的方向运动，以减小偏差，消除偏差，从而使柴油机转速稳定在设定值附近，此时同样需要最大燃油DBR限制和超速转速限制，以防止柴油机超速或飞车。
本发明的柴油机转速控制方法，当柴油机处在运行工况时，在双闭环控制过程中，需要通过对转速偏差和电流偏差进行恰当放大处理以及防止积分饱和限制，来提高对柴油机的控制精度和灵敏性。同时如果检测到持续一定时间的超速，将会被确认为超速，此时将会强制把柴油机的齿条位置控制在零位，柴油机进入停机工况，确保柴油机及人身安全。
本发明控制方法主要是通过转速传感器采集柴油机的转速信号，首先将采集到实际转速与设定转速进行比较得到转速偏差，通过转速PID调节计算后将其结果作为执行器电流的当前目标值，再根据采集到的执行器的实际电流值与给定的目标电流值进行比较得到电流偏差，再经过电流PID调节计算将最终结果作为控制执行器的给定值，通过转速环和电流环两级串联控制执行器使得喷油泵齿条向减小转速偏差的方向运动，从而使柴油机转速稳定在设定值附近。
通过串联于执行器输出电路中的精密电阻，并配合相应的滤波放大电路把电流信号转化成单片机能够识别的电压信号，并引入了电流负反馈，当实际电流不等于执行器的设定电流时，将会产生电流偏差，经过电流PID计算，并将其计算结果作为控制执行器输出的给定值。
通过转速对柴油机工况进行判断，可分为启动、运行、停机三个工况，在启动工况时转速PID不参与计算，仅需通过启动燃油DBR限制和电流PID计算输出即可，当达到运行工况时，如权利要求1所示，进行转速和电流双闭环控制，并且在全工况控制过程中都有最大燃油DBR限制和超速转速限制，防止柴油机超速或飞车。
在双闭环控制过程中，通过对转速偏差和电流偏差进行恰当放大处理以及防止积分饱和限制，来提高对柴油机的控制精度和灵敏性。
Claims (4)
1.一种柴油机转速控制方法，其特征是：
柴油机经起动后，当其转速达到着火转速100转/分时，即确定柴油机进入起动工况，把起动DBR燃油限制值作为电流环的结果输出，以PWM波的方式控制执行器从而控制柴油机的转速；
当柴油机转速增加到700转/分时，转速环和电流环流开始共同来控制转速：首先由加速率产生目标转速，其中参数加速率用于控制达到电站工况下额定转速1500转/分的时间和设定目标转速，通过实际转速与目标转速比较，产生转速偏差，经转速环PID计算后将其结果作为电流环的当前目标值，再通过采集的执行器实际电流值与该当前目标电流值比较，产生电流偏差，再经过电流环PID计算后，产生执行器控制输出结果；当柴油机转速达到1500±10转/分时，柴油机进入电站工况，此时通过电位计微调目标转速来设定最终目标转速，从而使柴油机在电站工况下稳定运行；
当柴油机需要停机时，控制器捕捉到断油信号后，即停止转速和电流双闭环对执行器的输出控制，执行器在自身弹簧力的作用下迅速回到零位，即可进入停机状态。
2.根据权利要求1所述的一种柴油机转速控制方法，其特征是：柴油机进入起动工况时，通过转速来查询起动DBR燃油限制值。
3.根据权利要求1所述的一种柴油机转速控制方法，其特征是：当柴油机转速增加到700转/分后，经过电流环PID计算，产生执行器控制输出结果，该结果不能大于该转速下最大燃油DBR限制值，即通过转速环和电流环两级串联控制执行器使得喷油泵齿条向减小转速偏差的方向运动，从而使柴油机的实际转速始终紧跟目标转速的变化而变化。
4.根据权利要求1所述的一种柴油机转速控制方法，其特征是：柴油机进入电站工况后，在转速环和电流环双闭环控制过程中，通过对转速偏差、电流偏差进行放大处理以及防止积分饱和限制和超速保护，并且PID的计算周期和输出结果控制周期都在5毫秒内。
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