柴油發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是通過安裝在飛輪殼上的轉(zhuǎn)速電磁傳感器檢測出轉(zhuǎn)速的變化，通過電子調(diào)速器的控制，由執(zhí)行器帶動(dòng)油門拉桿，調(diào)節(jié)供油量大小，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。

該調(diào)速系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)速檢測單元、電子調(diào)速器單元及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成。檢測部分主要是由轉(zhuǎn)速電磁傳感器及飛輪齒圈組成，電磁傳感器從飛輪齒圈測得發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將其變換成與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號(hào)輸入給電子調(diào)速器，電子調(diào)速器將轉(zhuǎn)速信號(hào)與給定轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，并進(jìn)行相應(yīng)的控制運(yùn)算，再由功率輸出環(huán)節(jié)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(執(zhí)行器)，改變供油量大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速，圖1為柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖。

1.1轉(zhuǎn)速電磁傳感器通過檢測發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒數(shù)的變化，得到一個(gè)與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的交流頻率信號(hào)。其感應(yīng)的交流頻率信號(hào)同柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、齒數(shù)有關(guān)。

即：f—Zn／60(1)

式中廠f——輸出電壓頻率

Z——齒輪齒數(shù)

n——柴油機(jī)轉(zhuǎn)速

試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)為德國道依茨F6L912六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，飛輪齒數(shù)130。即若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r／rain，可計(jì)算出廠為3250Hz。

1.2通過連桿與柴油機(jī)油門齒條相連接。當(dāng)電子調(diào)速器的功放環(huán)節(jié)為其提供足夠電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁線圈流過電流對(duì)動(dòng)鐵心產(chǎn)生電磁力，用以克服回位彈簧彈力，使油門打開，改變供油量大小。

二.調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型分析

柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是屬于速度控制系統(tǒng)，即速度閉環(huán)控制。本文要介紹該閉環(huán)控制中各環(huán)節(jié)的數(shù)字模型，并以PID校正為例，利用頻率法對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，從而研究各種不同參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程品質(zhì)的影響及最佳參數(shù)范圍，為進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)、優(yōu)化算法提供可靠依據(jù)。

2.1柴油發(fā)動(dòng)機(jī)本身具有非線性和開環(huán)不穩(wěn)定性，但其可用一個(gè)簡單的一階模型模擬。考慮到柴油機(jī)扭矩脈沖響應(yīng)延遲時(shí)間，其傳遞函數(shù)可表示為：

2.2執(zhí)行器執(zhí)行器是由螺管電磁力和恢復(fù)彈簧力構(gòu)成的彈性質(zhì)量系統(tǒng)。其傳遞函數(shù)可簡化為一個(gè)二階環(huán)節(jié)，見式(4)。

2.3測速環(huán)節(jié)將磁性傳感器發(fā)出的頻率轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)速成比例的方波脈沖信號(hào)。其傳遞函數(shù)可看作一比例環(huán)節(jié)。G(S)=K。

式中K?！獪y速通道放大系數(shù)

2.4系統(tǒng)模型 PID控制作為一種實(shí)際生產(chǎn)過程普遍采用的工程控制方法，具有計(jì)算量小、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，因此，在調(diào)速領(lǐng)域被廣泛采用。常規(guī)PID傳遞函數(shù)為：

三.調(diào)速系統(tǒng)各參數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)過程的影響

從系統(tǒng)模型中可以看出，影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程品質(zhì)主要有兩個(gè)方面：一是調(diào)節(jié)對(duì)象的時(shí)間常數(shù)T。、r0、Tk的影響，不可調(diào)節(jié)。二是PID控制時(shí)間常數(shù)TD、T1、Kp的影響，可調(diào)節(jié)，對(duì)于不同的調(diào)節(jié)對(duì)象可通過調(diào)節(jié)TD、T1、Kp參數(shù)使系統(tǒng)穩(wěn)定，并得到滿意的過渡過程。

1.柴油機(jī)時(shí)間常數(shù)T。

 時(shí)間常數(shù)Td是表征柴油機(jī)動(dòng)力裝置的一個(gè)主要參數(shù)，它對(duì)動(dòng)態(tài)過程影響極大。Td減小時(shí)，超調(diào)量會(huì)加大，過渡過程加長。一般在1．5～4s之間。當(dāng)T。一2～4s時(shí)，動(dòng)態(tài)過程基本良好，Td≤1．5s時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)易產(chǎn)生振蕩。總之，柴油機(jī)時(shí)間常數(shù)是衡量柴油機(jī)可控性的一個(gè)重要指標(biāo)。對(duì)于6缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其Td值一般在3s左右。

2.執(zhí)行器時(shí)間常數(shù)Tk

 執(zhí)行器時(shí)間常數(shù)Tk是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的時(shí)滯時(shí)間。Tk過大，不僅超調(diào)量顯著增大，而且穩(wěn)定性變差。反之，Tk過小，超調(diào)量小但穩(wěn)定儲(chǔ)備量下降。因此，實(shí)際中，確保T值的適中是調(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì)的重要方面。

3.延遲時(shí)間r。

柴油機(jī)延遲時(shí)間與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。和氣缸沖程數(shù)有關(guān)。對(duì)于一個(gè)指定的柴油機(jī)，r0僅與。有關(guān)，。減少會(huì)使r。加大。柴油機(jī)處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)系統(tǒng)會(huì)失去穩(wěn)定性。為此，電子調(diào)速器為了能在額定工況下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，又要保證怠速工況下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，通常采取不同的控制參數(shù)，以滿足兩種狀態(tài)下的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。由于以上參數(shù)具有時(shí)變性和非線性等特點(diǎn)，這就使得無法用準(zhǔn)確的校正模型去實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確控制。從工程角度出發(fā)，對(duì)于一階或二階慣性環(huán)節(jié)，通過對(duì)PID參數(shù)的調(diào)整，就可獲得理想的控制效果。采用的PID為模糊PID及變速積分PID。模糊PID為用模糊數(shù)學(xué)的方法調(diào)整比例系數(shù)KP，速積分PID為用分段調(diào)整積分系數(shù)KZ，達(dá)到減少超調(diào)量，效果明顯。

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