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原文传递基于DSP的气发动机测控系统与瞬时转速分析

论文题名：	基于DSP的气发动机测控系统与瞬时转速分析
关键词：	气天然发动机;数字滤波器;数字信号处理器;故障检测;瞬时转速
摘要：	天然气发动机的研究是针对世界能源的日益匮乏和环境污染问题而随之产生的。天然气是一种经济保洁性燃料，而我国富有天然气资源，因此研究天然气发动机能够充分利用国内资源，降低对国际能源市场的依赖，前景非常广阔。天然气发动机电控系统的研究是其中一个重要的研究课题。传统的电控系统大都采用单片机与计算机连接实现，速度慢，实时性不强。随着数字信号处理器的飞速发展，超高速、低功耗和强实时性的数字信号处理器DSP逐渐代替单片机，使电控系统不断完善，使天然气发动机的动力性、经济性、排放性等各项性能不断提高。本文所介绍的正是一种以DSP为控制核心的天然气发动机控制系统设计方案。本系统主要由DSP控制处理核心、前置通道、执行机构、人机接口及电源等五部分构成。该系统将自动控制理论转变为实时应用算法移入DSP，与输入、输出部分共同构成一个稳定、可靠的负反馈系统控制气发动机的点火时刻和点火能量，使发电机产生稳定的交流电。本文阐述了气发动机控制系统的基本工作原理，提出了总体设计方案，并给出了硬件结构及实用方法。本文详细介绍了系统控制核心部件及重要外围电路，着重讨论了模糊控制算法、软件设计以及在硬件平台上的实现。本系统采用现今强大的数字信号处理器DSP-TMS320LF2407作为硬件控制处理核心。该芯片是市场份额占全球44％的DSP厂商美国TI公司推出的适用于工业控制的C2000系列产品之一，功耗低，执行速度快，实时控制能力强。本文比较了DSP与单片机的一些特点，分析了DSP总线结构、流水线指令执行方式和重复操作机制等方面的优势，详细介绍了TMS320LF2407芯片的CPU、存储器结构等。本文介绍了系统的其它重要硬件电路设计——前置通道电路、执行结构电路、人机接口电路和电源电路等。前置通道主要包括转速传感器、温度传感器和预处理电路，实现采集天然气发动机的转速和温度两个重要信号，并进行放大，整形等处理；执行机构为DSP对输入信号进行测算后去调整的电路部分；人机接口包括键盘、LED显示、声光报警等部分；电源电路向整个系统分配了3组不同的电压，以满足系统需要。本系统的实现还包括控制策略和软件程序设计等部分。文中详细介绍了系统的控制策略，根据采集的转速和温度信号制定模糊规则，设计模糊控制器，用模糊算法控制天然气的进气量，使燃料充分燃烧，达到最佳动力性能。软件程序采用模块法设计，包括初始化模块、启动模块、采集处理模块、控制模块和人机接口模块。本文给出了系统软件流程总框图和模块框图，对编程难点作了详细说明，并介绍了编程环境CC及可能出现的问题。以上几个部分的软硬件有机组合，共同构建了一个完整的控制系统。本文最后对天然气发动机瞬时转速波形处理进行了研究，通过比较FIR滤波和IIR滤波两种经典算法对瞬时转速波形的滤波效果，指出了比较适合天然气发动机瞬时转速特点的滤波方法和试验方法，为将瞬时转速波形故障诊断算法最终移入DSP作了初步的探索工作。现在DSP技术得到了迅猛发展，已经广泛应用到信息处理、通讯及工业控制等各个领域。本系统的成功实现会为进一步降低电力系统运作的成本和提高电控系统的可靠性提供又一个具有说服力的实例，推动气发动机应用的发展历程，加速DSP在发电系统及电力领域上的广泛应用，为社会和国家带来更高的经济效益，推动社会的发展和进步。另一方面，国内外在利用瞬时转速波形进行发动机故障诊断方面做了大量的研究工作，并取得了一系列的成果，但仍然处于初期研究阶段，因此，对瞬时转速滤波方法的研究有着很大的必要性。本文后部分工作主要是研究适合发动机瞬时转速的最佳滤波方法，并用实际采集的瞬时转速转速信号进行仿真比较。由于时间和水平有限，还有其他客观原因，本课题仍存在诸多不足，如系统并未完成全部的现场调试，瞬时转速波形分析算法没有完成向数字信号处理器的移植等等，这些都需要在今后的工作和学习中进一步完善。
作者：	袁华
专业：	信号与信息处理
导师：	张卫宁
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文