基于pid控制的发动机恒转速控制系统的设计

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1、基于PID控制的发动机恒转速控制系统的设计【摘要】针对发动机测控系统的恒转速测试，用LabVIEW的PID控制器设计了发动机恒转速控制系统。系统通过调节数采卡的模拟电压输出调节励磁电流的方式对测功系统负载进行控制，调节数采卡的脉冲输出和控制数字I/O的方式控制步进电机的运转从而实现对油门位置的控制，采用数字PID控制器。通过试验验证了系统的可行性。【关键词】发动机测控系统;LabVIEW;数字PID;恒转速0引言发动机测控系统最重要的部分之一是系统的智能控制，如果系统不能按照试验的要求实现预定的控制，那么系统的测试是没有任何意义的。恒转速和恒扭矩是系统两个主要的控制要求。要实现系统的控制

2、，首先要使执行机构能按照系统的指令快速地执行，而系统的控制效果是否好，关键在于能否在试验的基础上不断完善控制理论和控制方法。文中根据现场实际情况采用数字PID控制方式设计并实现了恒转速控制，基本达到了系统的要求。1发动机测控系统的控制要求和方案设计1.1发动机测控系统的控制要求12本系统主要以发动机性能试验方法规定的功率试验、负荷特性试验和万有特性试验作为设计系统控制包的依据。功率试验的试验方法是油门全开，在发动机工作转速范围内，依次地改变转速进行测量，适当地分布8个以上的测量点;负荷特性试验的试验方法是在若干个转速（其中应含常用转速和2000r/min）下进行试验。发动机转速不变，从小

3、负荷开始，逐步开大油门进行测量，直至油门全开，适当地分布8个以上的测量点，应包括转速为2000r/min，平均有效压力为200kPa的工况点;万有特性试验的试验方法是在发动机工作转速范围内适当地选定8种以上的转速进行试验，试验按8.4.3规定，在选定的转速下进行负荷特性试验（GB-T18297-2001）。1.2发动机测控系统恒转速控制方案设计从系统的控制要求和控制模式的选择中可以看出，恒转速控制是关键，伴随着恒转速控制的是恒扭矩控制。转速是控制的过程量。为了使控制具有良好的可观性、可控性和可调性，达到动态响应性好、超调小、稳定的控制效果，必须要选择好系统的控制方案，设计好系统的控制包，

4、并根据试验的结果不断完善控制包。针对系统转速、转矩的控制特点和系统的要求，在分析控制回路的控制模式选择的基础上，本文采用调节数采卡的模拟电压输出从而调节励磁电流12的方式对测功系统负载进行控制，调节数采卡的脉冲输出和控制数字I/O的方式调节步进电机的运转从而对油门位置控制。在控制系统结构上，本文采用闭环控制的方式。系统的控制方案如图1所示。图1系统控制方案简图励磁电流的控制如图2所示。图2励磁电流控制示意图油门执行机构由BS86HB118-06步进电机、Q2HB110M控制器、光电式位置传感器、辅助电路、移动滑槽及油门拉绳组成，整个油门执行器如图3所示。图3油门执行器组成油门执行器的启停

5、、加减油门（转向）及限位开关的检测是由数采卡的I/O通道和辅助电路来完成的。数采卡有两个计数器/定时器和24个数字通道（定义为PortA、PortB和PortC，每个端口有8个位/通道，可以通过程序定义的方式定义各端口的功能），定时器/计数器可以输出TTL脉冲。在本设计的系统中，将数采卡的定时器/计数器0（GPTC_0）输出脉冲用以驱动步进电机运行;PortA被定义为READ，Port12B被定义为WRITE，用A的0通道和1通道来读取限位开关的信号，B的0通道用来输出开关量信号控制电机的转向（当输出为高电平时电机正转，油门开度减小;输出为低电平时电机反转，油门开度增大）。当电机运转到最

6、大位置或最小位置时，限位开关输出高电平，在其他位置为低电平，基于此可以控制电机在到达极限位置时的动作：停止或者自动反转，从而起到了自动调节的作用，保护了电机和油门。整个油门执行器的动作流程图如图4所示。图4油门执行器动作流程图2数字PID控制器设计系统的反馈执行机构可以按照系统的指令运行，但怎么运行才能达到试验的规定要求使系统能按照要求进行测试，这就需要考虑系统控制方式的选择，也就是系统控制包的设计问题。由于PID是目前工业控制系统中比较成熟的技术，因此系统采用PID作为首选的控制方式。2.1PID控制PID控制是比例、积分、微分控制，是目前工业控制系统中比较成熟的技术。在工程上，传统的

7、数字PID控制器结构简单、速度快、参数整定方便、稳态误差小、可靠性高，是目前工业过程控制领域内应用最广泛的控制策略相对于传统的模拟控制系统而言，数字控制系统具有如下优点：（1）精心设计的微机控制系统能显著的降低控制器的硬件成本;（2）系统可靠性大大增强，系统平均无故障时间大大长于分立元件电路;（3）数字电路不存在温漂问题;12（4）可以完成很多复杂的功能，如给定指令、反馈处理、参数校正、逻辑运算及判断、系统监控、故障诊断、状态估计、