汽油发电机转速的前馈反馈控制系统.docVIP

汽油发电机转速的前馈-反馈控制系统 段其昌1，董 平2，程 伟3 (1,2,3.重庆大学自动化学院，重庆，400044) 摘要：汽油发电机的转速稳定性是影响电气性能指标的一个重要因素，本文在分析其工作原理的基础上提出了一种电流前馈、转速负反馈式的系统结构，并且把反馈控制器设计为模糊控制、PID控制和保持模态相结合的多模态控制器。利用Matlab进行转速控制效果的仿真，所得的转速稳态性能和动态切换性能都比采用单一PID控制时有明显改善，证实了所提控制方法的有效性。 关键词：汽油发电机，电流前馈，多模态控制，模糊控制 中图分类号：TP273+.2 文献识别码： A 文章编号： Feedforward -feedback Speed Control System of Gasoline Generator DUAN Qichang1, DONG Ping2, CHENG Wei3 (1,2,3.　School of Automation, Chongqing University, Chongqing, China, 400044) Abstract: The speed stability of gasoline generator is an important factor that affects its electrical performance. In this essay, based on the operating principle, a system structure which consists of current feedforward and speed feedback part is proposed, and the feedback controller is designed as a multimode controller composed of fuzzy control, PID and maintain mode. Simulation of speed control is implemented with Matlab, and the result shows that with the proposed control method, stable and dynamic performance of speed will be better improved than with the traditional PID algorithm, so the proposed control method is proved efficient in speed regulation of gasoline generator. Key words: Gasoline generator, Current feedforward, Multimode control, Fuzzy control 1、引言 对小型汽油发电机组来说，转速稳定性是影响其电气性能指标的一个重要因素，但目前汽油机转速感应与控制主要通过机械元件实现，存在惯性滞后严重及摩擦阻力大、调节粗糙等缺陷，转速调节精度和自动化程度都较低。常规PID控制在非线性、时变和模型不够精确的系统中，就不能很好的发挥作用随工况不同系统性能会变差甚至不稳定。 模糊控制，控制精度比PID差。模糊控制数字式PID控制。四冲程汽油机的由进气、压缩、燃烧膨胀、排气四个程组成是汽油机角速度，单位rad/s，t是时间，J是汽油机的转动惯量，Teng是汽油机输出转矩，Tload是负载转矩。下文将对四个冲程建立数学模型。 ① 进气冲程建模，表示了给定转速和节气门开度下汽缸中进气量、进油量的数值。假定节气门的开度角为，单位是度，那么进气管（喉管）进入的气体流速可以表示为两个函数的乘积[1][2]： (2) 其中，mai为进入进气导管的质量流速，单位是g/s，Pm是导管压力，单位Bar，1Bar=105Pa。该乘积项中因子是关于节气门开度角的经验公式函数： (3) 因子g(Pm)是关于导管压力的函数： (4) 其中P0为大气压，单位是Bar。 综合公式(2)(3)(4)，就得到了以节气门开度、外界大气压和导管压力为输入，以进入进气导管的质量流速为输出的方程式。 根据气体状态方程，喉管处的压力变化可以表示成进入和流出喉管的气体质量流速的函数： (5) 其中，R是与气体状态相关的常数，Vm是进气导管的容积，mai为进入进气导管的质量流速，mo是流出进气导管的质量流速。 在特定的汽油机转速下，流出喉管的总质量流速mo和导管压力Pm、转速之间存在着如下的经验公式： (6) 其中，为汽油机的角速度。 ② 压缩冲