CN103527322A

CN103527322A - 数字化电子调速器及发动机调速方法

Info

Publication number: CN103527322A
Application number: CN201310480485.4A
Authority: CN
Inventors: 汪飞华; 余品胜
Original assignee: High Automatically Controlled Science And Technology Ltd Is Full Of In Suzhou
Current assignee: High Automatically Controlled Science And Technology Ltd Is Full Of In Suzhou
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2014-01-22

Abstract

本发明提供一种数字化电子调速器及发动机调速方法，该种包括转速控制器、执行器、转速传感器，转速控制器包括用于设定理想转速的转速设定电位器、用于将实际转速传感器的模拟信号转换为数字信号给转速控制器的F/V转换器、用于比较理想转速与实际转速的比较器、用于计算理想转速与实际转速的转速偏差量的转速偏差器、用于转换转速偏差量为PWM信号来控制执行器的PID调节器，所述执行器在驱动电流的作用下压缩内部弹簧改做直线运动输出，所述执行器的拉杆作用发动机的调速手柄，来控制发动机在所设定的转速下稳定运行。本发明使得动力系统操作运行更加安全、离散性较佳、稳定性较好。

Description

数字化电子调速器及发动机调速方法

技术领域

本发明涉及一种数字化电子调速器及发动机调速方法。

背景技术

柴油发动机的工作需要靠一个转速调整装置来稳定，称为调速器，目前普遍使用的柴油发动机，其燃油供油量由喷油泵柱塞的位置决定，喷油泵柱塞的位置由喷油泵内的柱塞位置控制齿条来调节，调速器通过转速器与柱塞位置控制齿条间的关联，用“负反馈”的模式来稳定柴油发动机的转速并防止飞车，机械调速器的原理，是靠飞块旋转时所产生的离心力和弹簧力的平衡来调节转速；当弹簧力一定时，转速高则飞快旋转时所产生的离心力大，推动柱塞位置控制齿条使供油量减少，从而降低发动机的转速；转速低则飞块旋转时所产生的离心力小，推动柱塞位置控制齿条使供油量增加，从而提高发动机的转速，达到动态的稳定；加大或减小油门，实际上就是通过改变弹簧变形的尺寸而改变弹簧力，使得柴油发动机在新的转速下达到新的平衡从而改变发动机的转速。但机械调速器仍有缺点，即调速是一次到位且具有惯性，而且这种机械的调速模式需要将弹簧和飞块系统与喷油泵进行精确的调整和配合，如配合不佳时调速灵敏度下降而惯性增加，出现加、减油门时虽然增、减速很快，但燃油燃烧不完全，导致油耗较高、黑烟、废气排放严重；同时在柴油发电机的工作情况下，弹簧力一次设定后不可更改，而负载增加时需要供油量增加，只有增速降低供油量才能增加。

发动机调速器是将发动机稳定控制在设定的工作转速下运行的控制装置，根据其实现方式的不同市面上有：机械调速器、液压调速器、电液调速器、电子调速器、复合式调速器。长期以来，柴油机主要采用机械式和机械液压式以及模拟式电子调速器。但这二种存在致命的不稳定性和离散行，在许多场合远远不能满足要求。模拟电子调速器是运算电路、伺服电路、反馈电路组成，在运算过程中存在离散性和稳定性的浮动，这样多的分立器件构成的电路，只要一个器件出现参数变化就能影响整个电路系统，如果是多个元件出现参数变化问题更加严重。

上述问题是在调速器的设计与生产过程中应当予以考虑并解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种数字化电子调速器及发动机调速方法解决现有技术中存在的不稳定性和离散行在许多场合远远不能满足要求，以及模拟电子调速器在运算过程中存在离散性和稳定性的浮动，这样多的分立器件构成的电路，只要一个器件出现参数变化就能影响整个电路系统，如果是多个元件出现参数变化问题更加严重的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种数字化电子调速器，包括用于设定理想转速的转速控制器、用于采集实际转速的转速传感器、用于调整实际转速的执行器，所述转速控制器包括用于设定理想转速的转速设定电位器、用于将实际转速传感器的模拟信号转换为数字信号给转速控制器的F/V转换器、用于比较理想转速与实际转速的比较器、用于计算理想转速与实际转速的转速偏差量的转速偏差器、用于转换转速偏差量为PWM信号来控制执行器的PID调节器，所述执行器在驱动电流的作用下压缩内部弹簧改做直线运动输出，所述执行器的拉杆作用发动机的调速手柄，来控制发动机在所设定的转速下稳定运行。

优选地，所述发动机的实际转速由安装于飞轮齿圈部位的转速传感器采集。

优选地，所述转速传感器采用磁电式转速传感器，所述转速传感器包括导磁探头、线圈、磁钢，所述磁钢产生的磁力通过导磁探头形成闭合的磁力线，所述线圈缠绕在导磁探头上。

优选地，所述执行器采用电磁执行器，所述执行器包括铠装式直流比例电磁铁，所述执行器的加油方向驱动力与线圈绕组内控制电流成比例，所述执行器的减油方向复位力由复位弹簧产生。

一种数字化电子调速器的发动机调速方法，包括以下步骤：

发动机的理想转速由转速控制器的转速设定电位器设定，发动机的实际转速由安装于飞轮齿圈部位的转速传感器采集，所述转速传感器的输出信号为频率与发动机转速成比例的正弦波信号，该信号模拟正弦波信号由F/V转换器转换为数字方波信号，与转速设定值经过比较器比较后，由转速偏差器得到转速偏差量，该转速偏差量经PID调节器运算放大后转化成PWM电流控制方式，向执行器输出驱动电流，执行器在驱动电流的作用下压缩内部弹簧改做直线运动输出，执行器拉杆作用发动机的调速手柄，来控制发动机在所设定的转速下稳定运行。

优选地，所述发动机在所设定的转速下稳定运行，使发电机组输出恒定的380V交流电压。

本发明的有益效果是：本发明一种数字化电子调速器及发动机调速方法，能够将发动机控制在恒转速下稳定运行并且能够克服离散性并提升稳定性。该种数字化电子调速器包括转速控制器、执行器、转速传感器，转速控制器包括用于设定理想转速的转速设定电位器、用于将实际转速传感器的模拟信号转换为数字信号给转速控制器的F/V转换器、用于比较理想转速与实际转速的比较器、用于计算理想转速与实际转速的转速偏差量的转速偏差器、用于转换转速偏差量为PWM信号来控制执行器的PID调节器，所述执行器在驱动电流的作用下压缩内部弹簧改做直线运动输出，所述执行器的拉杆作用发动机的调速手柄，来控制发动机在所设定的转速下稳定运行。与现有技术相比较，本发明一种数字化电子调速器及发动机调速方法，使得动力系统操作运行更加安全、离散性较佳、稳定性较好。

附图说明

图1是本发明实施例的说明框图；

其中：11-转速控制器，12-转速传感器，13-电磁执行器，20-发动机，30-电源，111-转速设定电位器，112-比较器，113-转速偏差器，114-F/V转换器，115-PID调节器。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

如图1所示，本实施例提供一种数字化电子调速器，包括用于设定理想转速的转速控制器11、用于采集实际转速的转速传感器12、用于调整实际转速的执行器，所述转速控制器11包括用于设定理想转速的转速设定电位器111、用于将实际转速传感器12的模拟信号转换为数字信号给转速控制器11的F/V转换器114、用于比较理想转速与实际转速的比较器112、用于计算理想转速与实际转速的转速偏差量的转速偏差器113、用于转换转速偏差量为PWM信号来控制执行器的PID调节器115，所述执行器在驱动电流的作用下压缩内部弹簧改做直线运动输出，所述执行器的拉杆作用发动机20的调速手柄，来控制发动机20在所设定的转速下稳定运行。

所述转速传感器12采用磁电式转速传感器12，所述转速传感器12包括导磁探头、线圈、磁钢，所述磁钢产生的磁力通过导磁探头形成闭合的磁力线，所述线圈缠绕在导磁探头上。所述执行器采用电磁执行器13，所述执行器包括铠装式直流比例电磁铁，所述执行器的加油方向驱动力与线圈绕组内控制电流成比例，所述执行器的减油方向复位力由复位弹簧产生。

本实施例一种数字化电子调速器，由电源30供电并且用于调节发动机20的转速。该种数字化电子调速器，包括转速控制器11、执行器、转速传感器12和连接上述部件的电缆，发动机20的理想转速由转速控制器11上的转速设定电位器111设定，发动机20的实际转速由安装于飞轮齿圈部位的磁电式转速传感器12采集，转速传感器12的输出信号为频率与发动机20转速成比例的交流正弦波信号；该信号经模数信号转换器，即F/V转换器114，转换为数字方波信号，与转速设定值比较后得到转速偏差量；该转速偏差量经PID调节器115，即比例-积分-微分控制器，运算放大后转化成PWM，即脉宽调制电流控制方式，向执行器输出驱动电流，执行器在驱动电流的作用下压缩内部弹簧改做直线运动输出，执行器为铠装式直流比例电磁铁，执行器的加油方向驱动力与线圈绕组内控制电流成比例，减油方向复位力由复位弹簧产生，执行器拉杆作用柴油发动机20调速手柄，从而控制发动机20在所设定的转速下稳定运行。

该种数字化电子调速器的工作原理是：通过将设定工作转速与测速元件测得的发动机20实际转速进行比较，比较的结果，即偏差，包含两部分信息：偏差“正、负”信息和偏差幅度信息。

偏差“正、负”信息的作用是：如果发动机20实际转速大于设定的工作转速，偏差为“负”，调速器将输出“负向”控制，通过执行元件减小燃料量，发动机20转速随之降低；如果发动机20实际转速小于设定的工作转速，偏差为“正”，调速器将输出“正向”控制，通过执行元件增大燃料量，发动机20转速随之升高。

偏差幅度信息的作用是：偏差幅度经过MCU，即微处理器或微控制器的处理，确定输出控制量的大小，即增加或减少燃料量的多少，在偏差幅度一定的情况下，输出控制量的大小必须是合适的，过大或过小都会导致发动机20转速不稳或达不到调速精度要求。

一种数字化电子调速器的发动机20调速方法，包括以下步骤：

发动机20的理想转速由转速控制器11的转速设定电位器111设定，发动机20的实际转速由安装于飞轮齿圈部位的转速传感器12采集，所述转速传感器12的输出信号为频率与发动机20转速成比例的正弦波信号，该信号模拟正弦波信号由F/V转换器114转换为数字方波信号，与转速设定值经过比较器112比较后，由转速偏差器113得到转速偏差量，该转速偏差量经PID调节器115运算放大后转化成PWM电流控制方式，向执行器输出驱动电流，执行器在驱动电流的作用下压缩内部弹簧改做直线运动输出，执行器拉杆作用发动机20的调速手柄，来控制发动机20在所设定的转速下稳定运行。所述发动机20在所设定的转速下稳定运行，使发电机组输出恒定的V交流电压。

电磁执行器13是电子调速器的执行元件，通过控制电磁执行器13的线圈电流，可以控制电磁执行器13的输出位移。电磁执行器13直接驱动发动机20的高压油泵齿条或汽油机节气门，从而控制发动机20的燃料供给量。通过热力转换，发动机20将化学能转化为动能输出动力扭矩，动力扭矩与负载阻力矩相互作用形成发动机20的转速输出。因此，控制电磁执行器13的电流大小即可控制发动机20的转速。

转速传感器12是磁电式转速传感器12，内部结构由导磁探头、线圈、磁钢组成，磁钢产生的磁力通过导磁探头形成闭合的磁力线，线圈缠绕在导磁探头上，当发动机20飞轮齿圈上的一个齿切割导磁探头前的磁力线时，引起通过线圈的磁通量的变化，并在线圈上形成感生电势，该感生电势近似于正弦波信号。当发动机20飞轮齿圈连续运转通过转速传感器12的导磁探头时，即在线圈两端产生连续的正弦波转速信号。感生电势的大小取决于磁钢产生的磁场强度、线圈匝数、飞轮齿圈的线速度以及导磁探头至齿顶的距离，即转速传感器12安装间隙。

发动机20的理想转速由转速设定电位器111和外接微调电位器设定，其中，外接微调电位器为可选部件，可根据实际需要选择设置或不设置。发动机20的实际转速由安装于飞轮齿圈部位的磁电式转速传感器12所感受，转速传感器12的输出信号为频率与发动机20转速成比例的交流正弦波信号；该信号经模数转换器转换为数字方波信号，与转速设定值比较后得到转速偏差量；该偏差经PID调节器115运算放大后得出发动机20燃料供给量位置，即执行元件稳态输出指令位置，该指令位置与当前电磁执行器13实际输出位置比较后，得到位置偏差量，该偏差再经过PID调节器115运算放大后，转化成PWM电流控制方式，向电磁执行器13输出驱动电流，以改变电磁执行器13的输出位置，驱动发动机20喷油泵齿条、节气门或燃料控制阀向减小转速偏差的方向运动，从而控制发动机20在所设定的转速下稳定运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims

1.一种数字化电子调速器，其特征在于：包括用于设定理想转速的转速控制器（11）、用于采集实际转速的转速传感器（12）、用于调整实际转速的执行器，所述转速控制器（11）包括用于设定理想转速的转速设定电位器（111）、用于将实际转速传感器（12）的模拟信号转换为数字信号给转速控制器（11）的F/V转换器（114）、用于比较理想转速与实际转速的比较器（112）、用于计算理想转速与实际转速的转速偏差量的转速偏差器（113）、用于转换转速偏差量为PWM信号来控制执行器的PID调节器（115），所述执行器在驱动电流的作用下压缩内部弹簧改做直线运动输出，所述执行器的拉杆作用发动机（20）的调速手柄，来控制发动机（20）在所设定的转速下稳定运行。

2.如权利要求1所述的数字化电子调速器，其特征在于：所述发动机（20）的实际转速由安装于飞轮齿圈部位的转速传感器（12）采集。

3.如权利要求1或2所述的数字化电子调速器，其特征在于：所述转速传感器（12）采用磁电式转速传感器（12），所述转速传感器（12）包括导磁探头、线圈、磁钢，所述磁钢产生的磁力通过导磁探头形成闭合的磁力线，所述线圈缠绕在导磁探头上。

4.如权利要求1或2所述的数字化电子调速器，其特征在于：所述执行器采用电磁执行器（13），所述执行器包括铠装式直流比例电磁铁，所述执行器的加油方向驱动力与线圈绕组内控制电流成比例，所述执行器的减油方向复位力由复位弹簧产生。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述的数字化电子调速器的发动机（20）调速方法，其特征在于，包括以下步骤：

发动机（20）的理想转速由转速控制器（11）的转速设定电位器（111）设定，发动机（20）的实际转速由安装于飞轮齿圈部位的转速传感器（12）采集，所述转速传感器（12）的输出信号为频率与发动机（20）转速成比例的正弦波信号，该信号模拟正弦波信号由F/V转换器（114）转换为数字方波信号，与转速设定值经过比较器（112）比较后，由转速偏差器（113）得到转速偏差量，该转速偏差量经PID调节器（115）运算放大后转化成PWM电流控制方式，向执行器输出驱动电流，执行器在驱动电流的作用下压缩内部弹簧改做直线运动输出，执行器拉杆作用发动机（20）的调速手柄，来控制发动机（20）在所设定的转速下稳定运行。

6.如权利要求1所述的发动机（20）调速方法，其特征在于：所述发动机（20）在所设定的转速下稳定运行，使发电机组输出恒定的380V交流电压。