船舶柴油机自动调速系统设计与仿真【文献综述】

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1、毕业设计文献综述电气工程及其自动化船舶柴油机自动调速系统设计与仿真前言具有百年历史的柴油机，作为一种工业原动机，由于它的热效率高、功率范围宽、适应性好等一系列突出优点，是目前世界上应用最广泛的一种动力机械，而且在今后相当长的时期内仍将继续保持这一地位[1]。随着科学技术的不断进步，在柴油机的百年发展过程中，其技术水平出现过三次飞跃：第一次飞跃是本世纪二十年代，以机械喷射式供油系统代替蓄压式供油系统；第二次飞跃是五十年代增压技术的采用；八十年代电子控制的研究和应用，带来了柴油机技术的第三次飞跃[2]。对于柴油机来说，在其燃烧室及进排气系统己确定的情况下，如何使柴

2、油机的动力性能在各种工况下得到充分发挥，并能通过控制排放和降低油耗以满足日益严格的排放法规要求，则必须借助于调节控制技术的改进。而作为柴油机调节控制核心的调速系统，其不断改进和完善伴随着柴油机发展的全过程。主题1.调速器的功能柴油机调速系统是指能根据负荷变化情况自动调节喷油泵循环供油量，协助操作人员稳定柴油机转速的装置。柴油机上均要用到调速装置，这是柴油机自身的特点——由扭矩速度特性及喷油泵速度特性所决定的。柴油机转速变化时，可燃混合气的数量、成分变化不大。因此，通过燃烧所产生的扭矩变化也不大。柴油机扭矩速度特性这一特点，是柴油机在负荷略有变化时，会引起转速很

3、大的变化。在操作人员不能及时操纵加速踏板改变油泵循环供油量的情况下，柴油机或因负荷增大而转速迅速下降，以至熄火；或因负荷减少而转速立即升高，甚至出现超速运转及“飞车”现象。另一方面，从喷油的速度特性对柴油机转速的影响来看：当柴油机负荷减少而转速立即升高时，需要减少循环供油量，而喷油泵却相反的增大循环供油量。可燃混合气成分由稀趋向合适，质量得到改善，燃烧速度加快，促使柴油机转速越来越高。反之，当柴油机负荷增大转速降低时，需要循环供油量相应增加，而喷油泵却又减少对了供油量，使可燃混合气成分变稀，质量变差，燃烧速度变慢，促使柴油机转速降低。可见喷油泵的这一特性进一步

4、降低了柴油机转速的稳定性。因此，为了使柴油机在负荷变化的情况下，在需要某一转速下运转，防止意外熄火和超速运行，柴油机上必须安装调速装置，以保证柴油机的稳定运行。2.柴油机调速器发展历史动力机械上最早出现的转速自动调节装置，即调速器是1784年瓦特(JamesWatt)发明的用于蒸气机上的离心式机械调速器，它揭开了调速器历史的第一页。四十年代末五十年代初，出现了间接作用的机械液压式调速器，这是调速器发展的第二代[4]。上述的两代调速器中，由于敏速装置和控制装置都是由机械元件来实现。因而，不可避免地存在惯性滞后及摩擦阻力大等固有缺陷。这就决定了它们难于实现较为复杂

5、的调节规律和控制功能，无法满足降低油耗、减少有害排放、进一步提高调节精度和自动化程度的要求。六十年代，美国WOODWARD公司将新兴的电子技术成功地应用于柴油机的调速系统，推出了一种全新的调速器，即2301/EG3P型电液调速器。它由转速传感器、电子控制器和电液执行器三个基本部分组成。该调速器的转速反馈环节采用了非接触式磁电传感器，通过频率电压转换器得到转速值。控制部分采用了模拟电子线路组成的PID调节器，由其输出电信号驱动电液执行器，以输出机械角位移，进而驱动喷油泵齿条运动，使发动机供油量与外界负载变化相适应，达到转速调节的目的。该电液调速器奠定了模拟式电子

6、调速器—第三代调速器的基本结构模式[5]。六十年代至八十年代初，是模拟式电子调速技术迅速发展的鼎盛时期，并在越来越多的场合，取代了传统的机械一液压调速器[6-9]。模拟式电子调速器，虽然可以大大提高柴油机调速精度和扩展系统控制功能，但是由于其各项功能全部依靠硬件电路加以实现，因而通用性较差，而且扩展功能与系统复杂程度、成本及可靠性之间的矛盾也难以得到很好的解决。随着数字集成电路以及计算机控制技术的发展，自八十年代以来，又出现了以微处理器为控制器核心的第四代调速器—数字式电子调速器。在数字式电子调速器中，控制器由专门的控制用微处理器和一系列输入、输出接口电路所构

7、成。除了各输入、输出信号的转换外，系统的各项控制与调节功能主要依靠软件编程加以实现。因而，对硬件的依靠程度大大降低，只需改变控制软件和配置必要的接口，就可以用于各种系统和完成不同的控制功能。这一特点决定了它具有极强的适应性和几乎无限的功能扩展潜力。3.柴油机调速器的控制策略柴油机转速控制实质上，是调速器根据柴油机的运行状况和外界的负载变化，通过调整喷油泵的齿条位置以改变供油量，从而使柴油机的转速保持在给定的转速范围内。因此，调速器对柴油机的转速控制属于闭环控制。从闭环控制理论上看，合理地建立系统的数学模型，是进行分析研究和设计的基础及关键。但是，由于柴油机结构

8、复杂、影响因数众多，其工作过程的非线性