柴油机的模糊PID调速控制策略研究

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1、柴油机的模糊PID调速控制策略研究摘要：研究了一种基于模糊PID算法的柴油机调速控制策略。提出了一种模糊控制改进算法，对电子调速器PTD参数按调速系统过渡过程进行在线实时模糊自整定。Matlab/Simulink仿真结果表明，该系统超调量控制效果明显得到改善，动、静态控制效果要好于常规PID控制，具有控制灵活、响应速度快和适应性强等优点。关键词：调速控制；模糊控制；PID；Simulink中图分类号：TP272文献标志码：A文章编号：1006-8228(2014)08-19-03Researchondieselengine

2、speedcontrolbasedonfuzzyPIDstrategyHongLin(PowerLinkMachine(Shanghai)Co.Ltd,Shanghai201614,China)Abstract：Aimingatthespeedgoverningsystemofdieselengineusedinelectricitygeneration,anewspeedgoverningstrategybasedonfu77yself一tuningPIDalgorithmisproposed.Animprovedalg

3、orithmoffuzzycontrolisgiven.ThePIDparametersofdigitalgovernorspeedcontrolsystemareadjustedaccordingtothetransitionprocess.ComputersimulationbyMATLABshowsthattheovershootofsystemisobviouslyreduced,andthedynamicandstaticcontroleffectisbetterthanthenormalPIDcontrol.T

4、hesystemhastheadvantagesofflexiblecontrol,fastresponseandstrongadaptabi1ity.Keywords：speedcontrol；fuzzy；PID；Simulink0引言作为工业生产过程中的重要动力设备，柴油内燃机拥有起动迅速、运行安全、便于维护和使用寿命长等优点。随着云计算技术和4G移动技术的推广，国内数据中心和4G移动基站的建设方兴未艾，柴油发电机组为数据中心和移动基站的安全运行提供了可靠的备用电源保障。由电网理论可知，电力系统的频率与电力系统中的同步

5、发电机产生的正眩基波电压的频率相同。频率是整个电力系统统一的运行参数，一个电力系统只冇一个频率。数据屮心和4G移动基站对电力供应的频率要求严格，如频率降低不大于2%,稳态频率带不人于0.5%等［1］。发电机组的输出频率与发动机的转速Z间关系密切，在运行时要求发动机的转速恒定，这个恒定的转速值就是调速系统的设定值。比如常见的采用四极同步电机的发电机组，输岀频率为50Hz时，发动机转速为1500RPM。柴油机的调速系统是一个复朵的控制系统，它具冇时变性、非线性和不确定性。当柴油机用于发电用途时，要求其转速保持恒定，若仍采用常规

6、PID控制算法，难以得到很好的调速效果。模糊控制把控制对象作为“黑箱”，先把人对“黑箱”的操作经验用语言表述成“模糊规则”，让机器根据这些规则模仿人进行操作来实现自动控制［2］。将模糊控制与PID控制相结合的方法，可以集成模糊控制的灵活性强和PID控制的稳态特好等优点［3］,有利于提高发动机的转速控制效果。1调速原理及系统构成1.1调速原理根据柴油机工作原理，压缩空气产生高热，在压缩行程接近结束时，喷油泵提高柴油的油压，通过喷油器将雾化的柴油喷入气缸后，在气缸内形成可燃混合气爆炸膨胀，在高压气体的推动下，活塞向下运动并带动

7、曲轴旋转做功。故若耍实现对发动机转速的自动调节，其实质就是控制发动机发出的能量，即喷油量控制。随着技术的进步，内燃机采用电子调速器调速已成为内燃机调速控制的主流方向。柴油机的调速控制，可简化为根据发动机的运行情况和外界的负载变化，利用电子调速器调整喷油量的变化，来达到改变混合气的流量，进而使转速保持在设定值附近。1.2PID调速系统的组成通常，柴油机的调速系统由电子调速器、执行机构和反馈单元组成。图1为柴油机基于位置式PID控制的调速系统组成框图。在这个系统中，电子调速器是一个基于单片机的微处理单元，执行机构则是喷油器，电

8、子调速器控制执行机构的动作，反馈单元由转速传感器和位置传感器组成，转速传感器安装在发动机曲轴上，反馈当前转速数值，而位置传感器反馈执行机构的开度。图1中，r(t)为电子调速器的设定转速，b(t)为实际转速的采样值，e(t)为设定转速与实际转速之间的差值，u(t)为电子调速器的输出，y(I)为系统的转速输