專利名稱：微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)領(lǐng)域，適用于微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的控制裝置及控制方法。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)在工業(yè)企業(yè)中被廣泛使用，其單機(jī)功率范圍由數(shù)十瓦至數(shù)百千瓦，基本技術(shù)特征是采用徑流式葉輪機(jī)械，是一種向心式透平和離心式壓氣機(jī)，在轉(zhuǎn)子上兩者葉輪為背靠背結(jié)構(gòu)，回?zé)崞饕话銥楦咝О宄崾?，一些機(jī)組還采用空氣軸承，不需要潤滑油系統(tǒng)，這樣結(jié)構(gòu)較簡單，而燃燒控制器是燃?xì)廨啓C(jī)的重要組成部分，目前燃燒控制器產(chǎn)品品種較多，在控制技術(shù)上大都采用可編程控制器(PLC)進(jìn)行集成控制，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，被普遍使用，但其不足之處是PLC屬二次開發(fā)，成本高，升級換代過于復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
為解決以上控制裝置結(jié)構(gòu)之不足，本發(fā)明的目的提供一種微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器及控制方法，利用計算機(jī)控制裝置和計算機(jī)軟件實現(xiàn)對微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒的控制，以達(dá)到進(jìn)一步提高控制精度及系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的燃?xì)廨啓C(jī)總體控制器包括有中央控制器，與中央控制器聯(lián)接的有燃燒控制單元和斬波調(diào)壓單元，中央控制器輸出直接控制數(shù)據(jù)采集單元和人機(jī)界面單元。
本發(fā)明涉及一種單獨的微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器及控制方法，其中燃燒控制器包括有中央控制單元CPU，與CPU內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器聯(lián)接的有檢測單元；與CPU輸出聯(lián)接的D/A轉(zhuǎn)換的輸出單元；與CPU I/O接口聯(lián)接輸入有光電耦合單元及I/O輸出的驅(qū)動單元。
各部件之間聯(lián)接是控制器結(jié)構(gòu)中心是中央控制器CPU，CPU中的A/D轉(zhuǎn)換器輸入端與壓力傳感器、大氣溫度傳感器、透平溫度傳感器通過各自的變送電路的輸出端相接，同時與值班噴嘴，工作噴嘴輸出端相接；CPU輸出端通過兩路D/A轉(zhuǎn)換器與燃料調(diào)節(jié)閥相接；CPU中的輔獲單元(CAP)輸入端與速度傳感器輸出端相接；CPU的I/O輸入端與光電耦合器相接，其I/O輸出端與二驅(qū)動電路相接，驅(qū)動電路各自聯(lián)接繼電器、放氣閥和點火線圈。(如圖1所示)中央控制器的控制過程CPU主控電路輸出控制給油量、控制溫度的電流信號到燃燒室，實現(xiàn)對燃燒室通過傳感器實現(xiàn)對溫度和給油量的控制，同時燃燒室通過轉(zhuǎn)速檢測器和溫度傳感器所獲得速度量、溫度量的電流信號再反饋給主控電路CPU，實現(xiàn)閉環(huán)控制(如圖2所示)；燃燒控制方法是通過計算機(jī)程序模塊實現(xiàn)的，燃燒控制單元的程序控制模塊包括有系統(tǒng)初始化和自檢、燃燒器點火、功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，燃燒停機(jī)控制和燃機(jī)性能指標(biāo)實時監(jiān)控五大模塊，就其各模塊的功能詳述如下1、系統(tǒng)初始化和自檢模塊其流程如圖10所示這一模塊是為燃機(jī)的正常運行做好準(zhǔn)備，實現(xiàn)其目的由下列步驟組成(1)分配好程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間；(2)定義程序中所用到的所有變量和常量；(3)對系統(tǒng)配置寄存器和系統(tǒng)狀態(tài)寄存器進(jìn)行初始化；(4)系統(tǒng)內(nèi)存自檢；(5)I/O端口初始化；(6)將表格數(shù)據(jù)和設(shè)置好的系統(tǒng)參數(shù)從EEPROM傳送到RAM中；(7)執(zhí)行A/D采樣程序，檢查噴嘴閥位；(8)如自檢成功，流程結(jié)束；如自檢失敗，緊急停機(jī)。
2.燃燒器點火模塊控制過程中執(zhí)行以下步驟其流程如圖11所示燃燒器被啟動電機(jī)拖動至點火轉(zhuǎn)速時，點火線圈開始打火，值班噴嘴打開，向燃燒室內(nèi)送入燃料，8秒后，停止打火，根據(jù)此時燃燒室溫度判斷點火成功或者點火失敗。
3.燃燒閉環(huán)調(diào)節(jié)模塊控制過程中執(zhí)行以下步驟其流程如圖12所示該控制是通過函數(shù)計算實現(xiàn)的，燃燒控制器進(jìn)入閉環(huán)調(diào)節(jié)階段，根據(jù)控制器輸入層神經(jīng)元的輸入與輸出、隱含層神經(jīng)元的輸入與輸出、輸出層神經(jīng)元的輸入與輸出計算，并設(shè)計比例(P)、積分(I)、微分(D)函數(shù)形式，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，直到目標(biāo)函數(shù)J(k)＝E(k)≤ε，ε＞0常數(shù)，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，此時達(dá)到對比例(P)、積分(I)、微分(D)參數(shù)的動態(tài)調(diào)整，最后以控制燃料閥開關(guān)量實現(xiàn)對燃機(jī)的控制。
4.燃燒停機(jī)模塊控制過程中執(zhí)行以下步驟其流程如圖13所示5.當(dāng)燃燒控制器進(jìn)入停機(jī)控制，首先判斷接收到的是正常停機(jī)還是緊急停機(jī)，當(dāng)燃燒控制器接到熄火指令后執(zhí)行正常停機(jī)時，先關(guān)閉與CPU輸出模塊的連接，向主控單元CPU申請，經(jīng)同意后關(guān)閉值班噴嘴和工作噴嘴；當(dāng)燃燒控制器接到緊急停機(jī)命令時，直接關(guān)閉工作噴嘴和值班噴嘴，并向主控單元發(fā)回信號命令，立即停機(jī)。
6.燃燒性能指標(biāo)實時監(jiān)控模塊控制過程中執(zhí)行以下步驟其流程如圖14所示在燃機(jī)運行過程中，一些性能指標(biāo)必須實時監(jiān)控，這些指標(biāo)包括透平出口溫度T4、溫升率和加速度，這三個量必須在燃機(jī)運行過程實時檢測，并根據(jù)檢測量的大小，作出事先定標(biāo)的調(diào)節(jié)。
在燃機(jī)運行過程中，每經(jīng)過一個控制周期進(jìn)行一次檢測，并與設(shè)置好的最大值和調(diào)節(jié)值相比較，若此時透平出口溫度T4大于最大值，則直接報警停機(jī)；若此時透平出口溫度T4大于調(diào)節(jié)值，則進(jìn)行調(diào)節(jié)，而不停機(jī)。
燃燒控制方法主要被控制量溫度、燃機(jī)轉(zhuǎn)速、通過燃料閥給油(汽)量多少進(jìn)行控制。
而具體過程分為起動、過程調(diào)節(jié)、停機(jī)。
其中燃機(jī)燃燒控制起動控制方法(被控量轉(zhuǎn)速)起動控制分以下3個階段a.準(zhǔn)備階段，此階段帶動燃機(jī)按啟動升速，燃機(jī)控制單元不斷監(jiān)測點火條件；b.點火，在轉(zhuǎn)速達(dá)到14000rpm時，進(jìn)入點火程序；c.加速過程，起動過程進(jìn)入加速階段。起動加速階段轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速由24000rpm上升到空載轉(zhuǎn)速的95％(40000rpm)，此時燃機(jī)不對外做功。
燃機(jī)燃燒過程調(diào)節(jié)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法(被控量溫度、轉(zhuǎn)速)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的特點非線性、分布處理、學(xué)習(xí)并行和自適應(yīng)、數(shù)據(jù)融合、適用于多變量系統(tǒng)、便于軟硬件實現(xiàn)，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用是由于燃?xì)廨啓C(jī)被控量溫度和轉(zhuǎn)速之間存在嚴(yán)重干擾，包含有其他具體因素(燃機(jī)材料、現(xiàn)場條件等)，無法確定簡單的數(shù)學(xué)模型，采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制自主建立函數(shù)關(guān)系和數(shù)學(xué)模型。
神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的簡化模型(如圖6所示)式中aij和bik為權(quán)系數(shù)，i，j＝1，2，…，n，k＝1，2，…m.n個加法器可以寫成向量形式V(t)＝Ay(t)+Bu(t)+w
V--N維列向量A--N×N維矩陣Y--N維列向量(單元輸出)B--N×M維矩陣U--M維列向量(外部輸入)W--M維常向量燃機(jī)控制系統(tǒng)是一個多變量、非線性、時變的系統(tǒng)，其主要控制量、速度、回?zé)崞骰責(zé)岫燃斑M(jìn)入透平的溫度等存在嚴(yán)重的相互耦合。在燃機(jī)發(fā)電過程中，當(dāng)發(fā)電量一定時，針對不同熱含量的燃料，需要的燃料流量是不同的，系統(tǒng)各部分參數(shù)的值也不盡相同，采用常規(guī)PID控制器無法達(dá)到高性能的控制。采用先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器作為功頻調(diào)節(jié)單元的主控制器。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對PID參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。如圖7所示。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制器主要由輸入層、隱含層、輸出層組成，分述如下輸入層r1為負(fù)載功率P通過函數(shù)發(fā)生器變換得到的與功率相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，燃機(jī)實際轉(zhuǎn)速輸出y1；對應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)表達(dá)形式為R(k)＝[r1(k)，r2(k)]＝[r(k)，y(k)]隱含層神經(jīng)元單元分別為比例(P)、積分(I)、微分(D)參數(shù)單元，用x1、x2、x3來表示；其中x1(k)=Σj=12Wij1rj(k),i=1,2,3,]]>1W、2W為權(quán)值。
輸出層輸出神經(jīng)元用線性模型，輸入等于輸出。u(k)＝x(k)控制器學(xué)習(xí)算法采用在線訓(xùn)練形式，根據(jù)其特點設(shè)置其準(zhǔn)則函數(shù)為L2范數(shù)E(k)=12[r(k)-y(k)]2=12e(k)2≤ϵ]]>并按照梯度下降法反向傳播計算，逐層調(diào)整權(quán)值和閥值。
根據(jù)控制器輸入層神經(jīng)元的輸入與輸出、隱含層神經(jīng)元的輸入與輸出、輸出層神經(jīng)元的輸入與輸出計算，并設(shè)計比例(P)、積分(I)、微分(D)函數(shù)形式，進(jìn)行不斷修正，直到目標(biāo)函數(shù)J(k)＝E(k)≤ε，ε＞0常數(shù)，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定。此時達(dá)到對比例(P)、積分(I)、微分(D)參數(shù)的動態(tài)調(diào)整，最后以控制燃料閥開關(guān)量實現(xiàn)對燃機(jī)的控制。
考慮一般的帶噪聲的過程，控制對象的傳遞函數(shù)可寫成如下差分方程
A(Z-1)y(t)＝Z-kB(Z-1)u(t)+C(Z-1)ε(t) (1)其中u(t) 控制對象的輸入量y(t) 控制對象的輸出量ε(t) 白噪聲序列A(Z-1)，B(Z-1)，C(Z-1)是Z-1的多項式，可以寫成如下形式A(Z-1)＝1+a1Z-1+a2Z-2+…+anaZ-na(2)B(Z-1)＝b1Z-1+b2Z-2+…+bnbZ-nb(3)C(Z-1)＝1+c1Z-1+c2Z-2+…+cncZ-nc(4)PID控制器的傳遞函數(shù)可寫成如下形式G(Z-1)=KP+KlT1-Z-1+KD1-Z-1T=θ1+θ2Z-1+θ3Z-2T(1-Z-1)···(5)]]>其中θ1＝T2Kl+TKP+KDθ2＝-TKP-2KDθ3＝KDT為離散時間常數(shù)。
由過程(1)和PID調(diào)節(jié)器(5)組成的閉環(huán)系統(tǒng)如下圖當(dāng)干擾為0即ε(t)＝0時，此系統(tǒng)的閉環(huán)傳函為G(Z-1)·Z-kB(Z-1)A(Z-1)1+G(Z-1)·Z-kB(Z-1)A(Z-1)=]]>Z-kB(Z-1)(θ1+θ2Z-1+θ3Z-2)Z-kB(Z-1)(θ1+θ2Z-1+θ3Z-2)+TA(Z-1)(1-Z-1)···(6)]]>考慮到系統(tǒng)應(yīng)滿足的零極點模型如下式G1(Z-1)=Q(Z-1)P(Z-1)···(7)]]>結(jié)合(6)(7)式得到下式
Z-kB(Z-1)(θ1+θ2Z-1+θ3Z-2)P(Z-1)＝Z-kB(Z-1)(θ1+θ2Z-1+θ3Z-2)+TA(Z-1)(1-Z-1)Q(Z-1)(8)對(8)式展開并聯(lián)立(1)式可以得到如下方程T(1-Z-1)Q(Z-1)u(t)=]]>(θ1+θ2Z-1+θ3Z-2)y(t)+(θ1+θ2Z-1+θ3Z-2)[P(Z-1)-Q(Z-1)]C(Z-1)A(Z-1)ϵ(t)···(9)]]>令ϵ‾(t)=(θ1+θ2Z-1+θ3Z-2)[P(Z-1)-Q(Z-1)]C(Z-1)A(Z-1)ϵ(t)···(10)]]>y(t)＝[P(Z-1)-Q(Z-1)]y(t) (11)u(t)＝T(1-Z-1)Q(Z-1)u(t) (12)ε(t)可以看作是由白噪聲序列ε(t)生成的有色噪聲序列，令D(Z-1)=(θ1+θ2Z-1+θ3Z-2)[P(Z-1)-Q(Z-1)]C(Z-1)A(Z-1)···(13)]]>結(jié)合式(9)(10)(13)得到式u(t)＝(θ1+θ2Z-1+θ3Z-2)y(t)+D(Z-1)ε(t) (14)為簡單取D(Z-1)＝1+d1Z-1(15)(14)式最終變?yōu)閡(t)＝(θ1+θ2Z-1+θ3Z-2)y(t)+(1+d1Z-1)ε(t) (16)上式是一個帶隨機(jī)噪聲的移動平均模型。式中的θ1、θ2、θ3、d1等未知參數(shù)可用輔助變量法或增廣矩陣法進(jìn)行辨識，下面給出增廣矩陣法的辨識步驟將(16)式寫成向量矩陣形式u‾(t)=Φ(t)Tθ+ϵ(t)···(17)]]>其中Φ(t)T=[y‾(t-1),y‾(t-2),y‾(t-3),ϵ(t-1)]]]>θ＝[θ1，θ2，θ3，d1]T
(17)式中的u(t)、y(t-1)、y(t-2)、y(t-3)可由u(t)、u(t-1)……y(t)、y(t-1)……等測量值，據(jù)(11)式和(12)計算得出，ε(t-1)實際是不可測量的，可用其估計值ϵ^(t-1)=u‾(t-1)-Φ^T(t-1)θ^(t-1)]]>代替。
式中Φ^(t)T=[y‾(t-1),y‾(t-2),y‾(t-3),ϵ^(t-1)].···(18)]]>由式(17)(18)引用最小二乘法遞推算法，便可得到增廣矩陣法的遞推公式θ^(t)=K(t)[u‾(t)-Φ^(t)θ^(t-1)]···(19)]]>K(t)=P(t-1)Φ^(t)1+Φ^(t)TP(t-1)Φ^(t)···(20)]]>P(t)=[I-K(t)Φ^(t)T]P(t-1)···(21)]]>式中P(t)為4×4矩陣I為4×4單位陣?yán)帽孀R結(jié)果求出PID調(diào)節(jié)器的輸出為u(t)=G(Z-1)e(t)=[θ^1+θ^2Z-1+θ^3Z-2T(1-Z-1)]e(t)···(22)]]>為了方便起見(22)可化為u(t)=1T[θ^1e(t)+θ^2e(t-1)+θ^3e(t-2)+Tu(t-1)]]]>零極點配置自校正控制器，是通過適當(dāng)配置閉環(huán)系統(tǒng)的零極點，使閉環(huán)系統(tǒng)滿足要求的動態(tài)響應(yīng)，例如，超調(diào)量上升時間過渡過程時間振蕩次數(shù)，而且可以通過零極點配置方法使無論是否是最小相位的系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定。零極點配置有隱式零極點配置和顯式零極點配置，顯式零極點配置適用于被控對象模型已知，隱式零極點配置適用于模型未知，可以實時應(yīng)用遞推算法在線辨識系統(tǒng)參數(shù)，調(diào)整零極點位置以適應(yīng)系統(tǒng)工況的變化。
在燃機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路，控制信號加在燃料調(diào)節(jié)閥上，作為被控對象的輸入，燃機(jī)的轉(zhuǎn)速信號通過速度傳感器反饋給控制器，作為控制器輸入與速度給定進(jìn)行比較，采用有差控制來控制燃機(jī)轉(zhuǎn)速。
燃機(jī)中控制透平進(jìn)氣溫度是非常重要的控制量，由于進(jìn)氣溫度很高，測量元件很容易被燒毀，溫度場也很不均勻，其溫度很難直接測量，因此用間接的測量方法對其進(jìn)行檢測控制，根據(jù)透平排出的氣體溫度T4*和透平進(jìn)氣溫度T3*在特性的走向最為相似，并且T4*是反映T3*的主要因素的特性，通過補充其它因素進(jìn)行修正以達(dá)到對T3*的監(jiān)測和控制。
通過壓氣機(jī)出口壓力p2進(jìn)行修正根據(jù)透平進(jìn)氣溫度T3*隨T4*以及透平進(jìn)出口氣體壓氣比πT的關(guān)系T4*=T3*[1-(1-1πTmg)ηT]]]>可得T3=T4*1-ηT+1πTmgηT]]>式中mg=kg-1kg]]>(kg＝1.33--比熱比)。
對單軸恒速運行的燃機(jī)T3*是需要控制的量，當(dāng)系統(tǒng)滿載時πT的變化量很小，將上式在小范圍內(nèi)進(jìn)行線性化得ΔT3*=∂T3*∂T4*ΔT4*+∂T3*∂πTΔπT]]>∂T3*∂T4*=11-ηT+1πTmgηT]]>∂T3*∂T4*=T4*mgηTπT-(MG+1)(1-ηT+1πTmgηT)2]]>在πT變化很小時，通過改變T4*值的變化來加以修正保持T3*不變，即ΔT3*＝0，建立ΔT4*與ΔπT之間關(guān)系ΔT4*ΔπT=-(∂T3*∂πT)/(∂T3∂T4*)]]>上式在保持T3*不變條件下，ΔT4*隨ΔπT變化的曲線就是線性化后的等T3*線。可以看出以T4*間接測量T3*時，應(yīng)用πT修正方法，達(dá)到對溫度T3*的控制。
本控制裝置使用TI數(shù)字信號處理器實用控制目標(biāo)，提高了控制精度并降低了技術(shù)成本，在控制方法上使用多種調(diào)節(jié)方法和模糊自適應(yīng)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制燃燒，進(jìn)一步提高了控制精度和系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。


圖1為微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器及控制方法結(jié)構(gòu)方框圖；圖2為微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器及控制方法控制功能方框圖；圖3為微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器及控制方法控制輸出D/A電原理圖；圖4為微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器及控制方法控制輸入捕獲電原理圖；圖5為微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器及控制方法透平出口溫度電原理圖；圖6為微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器及控制方法神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的簡化模型圖；圖7為微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器及控制方法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器結(jié)構(gòu)圖；圖8為微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器及控制方法捕獲轉(zhuǎn)速電原理圖；圖9為微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器及控制方法工作噴嘴、值班噴嘴電原理圖；圖10為微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器及控制方法系統(tǒng)初始化和自檢流程圖；圖11為微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器及控制方法燃燒器點火流程圖；圖12為微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器及控制方法燃燒閉環(huán)調(diào)節(jié)流程圖；圖13為微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器及控制方法燃燒停機(jī)流程圖；圖14為微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器及控制方法燃燒性能指標(biāo)實時監(jiān)控流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的詳細(xì)結(jié)構(gòu)結(jié)合附圖和實施例加以說明。
燃?xì)廨啓C(jī)控制裝置其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
系統(tǒng)采用TMS320F2407系列的數(shù)字信號處理器作為CPU芯片，按照通訊功能(CAN總線)，選用TMS320F2407A芯片，并配備足夠的外存空間，TMS320F2407A芯片采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，供電電壓降為3.3V，減小了控制器的功耗，指令周期縮短到25ns，從而提高了控制器的實時控制能力，它片內(nèi)有高達(dá)32K字的FLASH程序存儲器，高達(dá)1.5K字的數(shù)據(jù)/程序RAM，544字雙口RAM(DARAM)和2K字的單口RAM(SARAM)，可擴(kuò)展的外部存儲器總共192K空間64K字程序存儲器空間；64K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲器空間；64K字I/O尋址空間。具有兩個模塊EVA和EVB，定時器模塊(WDT)，16路10位A/D轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換時間為500ns，控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)2.0B模塊，串行通信接口(SCI)模塊，16位的串行外設(shè)(SPI)接口模塊，以TMS320LF2407A為核心芯片組成的控制器。
還有外擴(kuò)128K*16BIT的RAM，128K*16BIT的EPROM，8K*16BIT的EEPROM，鎖相環(huán)電路，晶振電路，復(fù)位電路。
數(shù)據(jù)采集單元TMS320LF2407A片內(nèi)有十位的A/D變換器，并包括排序器，片內(nèi)還包括高精度的捕獲單元(CAP)，可捕獲電渦流傳感器發(fā)出的脈沖信號，換算出燃機(jī)轉(zhuǎn)速。
TMS320LF2407A內(nèi)部有CAN控制器模塊，但須通過CAN驅(qū)動芯片。它是CAN控制器與總線間的接口，提供對總線的差動發(fā)送和接收功能。而對于SCI單元采用的器件是DSP本身的RS-232通信模塊，和外部驅(qū)動MAX-232。
電源模塊開關(guān)量輸入和控制輸出單元；該單元采用芯片AD7545D/A轉(zhuǎn)換器輸出4-20mA模擬信號，用來控制燃機(jī)的燃料調(diào)節(jié)閥。
系統(tǒng)供電將+24v電壓，轉(zhuǎn)為+5V，+12V，-12V供系統(tǒng)使用。
控制輸出單元如圖9所示，前面為D/A轉(zhuǎn)換器，為AD7545D/A的輸出經(jīng)差分放大器AD711再經(jīng)二級放大器LM324與雙三極管驅(qū)動電路聯(lián)接，直接驅(qū)動燃料調(diào)節(jié)閥。
捕獲單元外圍電路(如圖8所示)CPU捕獲單元(CAP)，CAP電路是速度傳感器輸出信號經(jīng)光電耗合電路直接輸入給CPU輸入端。
溫度控制輸入如圖4所示，前面兩輸入端與大氣溫度傳感器或壓力傳感器相接，經(jīng)變送電路電壓轉(zhuǎn)換器XTR101輸出經(jīng)差分放大器LM324放大后輸出聯(lián)接到CPUA/D轉(zhuǎn)換器輸入端。
透平溫度控制輸入如圖5所示，透平出口溫度，熱電偶輸入經(jīng)兩級差分放大LM324輸入聯(lián)接到CPUA/D輪換器的輸入端。
燃燒控制器的控制是通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方法，其簡要模型圖如圖6所示，為一種加法器，合成向量的方法，圖7為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器，部分功率所經(jīng)函數(shù)發(fā)生器后經(jīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出所控制燃料閥，控制給油量實現(xiàn)對燃機(jī)速度的調(diào)節(jié)。
本設(shè)計方案在裝置上首次實現(xiàn)了使用數(shù)字信號處理技術(shù)對目標(biāo)的控制，提高了控制精度并降低了技術(shù)成本，經(jīng)過安裝運行后調(diào)試成功。
權(quán)利要求
1.一種微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器，其特征在于該控制器包括有中央控制單元CPU，與CPU內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器聯(lián)接的有檢測單元；與CPU輸出聯(lián)接的D/A轉(zhuǎn)換的輸出單元；與CPU I/O接口聯(lián)接輸入有光電耦合單元及I/O輸出的驅(qū)動單元；各部件之間聯(lián)接是控制器結(jié)構(gòu)中心是中央控制器CPU，CPU通過接口電路與外部控制電路聯(lián)接，其中CPU中的A/D轉(zhuǎn)換器輸入端與壓力傳感器、大氣溫度傳感器、透平溫度傳感器通過各自的變送電路的輸出端相接，同時與值班噴嘴，工作噴嘴輸出端相接；CPU輸出端通過二路D/A轉(zhuǎn)換器與燃料調(diào)節(jié)閥相接；CPU中的輔獲單元(CAP)輸入端與速度傳感器輸出端相接；CPU的I/O輸入端與光電耦合器相接，其I/O輸出端與二驅(qū)動電路相接，驅(qū)動電路各自連接繼電器、放氣閥和點火線圈。
2.按權(quán)利要求1所述的微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器的控制方法，其特征在于該控制器是由主控電路CPU輸出控制給油量、控制溫度的電流信號到燃燒室，實現(xiàn)對燃燒室通過傳感器實現(xiàn)對溫度和給油量的控制，同時燃燒室通過轉(zhuǎn)速檢測器和溫度傳感器所獲得速度量、溫度量的電流信號再反饋給主控電路CPU，實現(xiàn)閉環(huán)控制；該控制方法包括有以下內(nèi)容系統(tǒng)初始化和自檢、燃燒器點火、功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，燃燒停機(jī)控制和燃機(jī)性能指標(biāo)實時監(jiān)控。
3.按權(quán)利要求2所述微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器的控制方法，其特征在于所述系統(tǒng)初始化和自檢由下列步驟組成(1)分配好程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間；(2)定義程序中所用到的所有變量和常量；(3)對系統(tǒng)配置寄存器和系統(tǒng)狀態(tài)寄存器進(jìn)行初始化；(4)系統(tǒng)內(nèi)存自檢；(5)I/O端口初始化；(6)將表格數(shù)據(jù)和設(shè)置好的系統(tǒng)參數(shù)從EEPROM傳送到RAM中；(7)執(zhí)行A/D采樣程序，檢查噴嘴閥位；(8)如自檢成功，流程結(jié)束；如自檢失敗，緊急停機(jī)。
4.按權(quán)利要求2所述微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器的控制方法，其特征在于燃燒器點火控制過程中執(zhí)行以下步驟燃燒器被啟動電機(jī)拖動至點火轉(zhuǎn)速時，點火線圈開始打火，值班噴嘴打開，向燃燒室內(nèi)送入燃料，8秒后，停止打火，根據(jù)此時燃燒室溫度判斷點火成功或者點火失敗。
5.按權(quán)利要求2所述微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器的控制方法，其特征在于燃燒閉環(huán)調(diào)節(jié)控制過程中執(zhí)行以下步驟該控制是通過函數(shù)計算實現(xiàn)的，燃燒控制器進(jìn)入閉環(huán)調(diào)節(jié)階段，根據(jù)控制器輸入層神經(jīng)元的輸入與輸出、隱含層神經(jīng)元的輸入與輸出、輸出層神經(jīng)元的輸入與輸出計算，并設(shè)計比例(P)、積分(I)、微分(D)函數(shù)形式，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，直到目標(biāo)函數(shù)J(k)＝E(k)≤ε，ε＞0常數(shù)，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，此時達(dá)到對比例(P)、積分(I)、微分(D)參數(shù)的動態(tài)調(diào)整，最后以控制燃料閥開關(guān)量實現(xiàn)對燃機(jī)的控制。
6.按權(quán)利要求2所述微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器的控制方法，其特征在于燃燒停機(jī)控制過程中執(zhí)行以下步驟當(dāng)燃燒控制器進(jìn)入停機(jī)控制，首先判斷接收到的是正常停機(jī)還是緊急停機(jī)，當(dāng)燃燒控制器接到熄火指令后執(zhí)行正常停機(jī)時，先關(guān)閉與CPU輸出模塊的連接，向主控單元CPU申請，經(jīng)同意后關(guān)閉值班噴嘴和工作噴嘴；當(dāng)燃燒控制器接到緊急停機(jī)指令時，直接關(guān)閉工作噴嘴和值班噴嘴，并向主控單元發(fā)回信號指令，立即停機(jī)。
7.按權(quán)利要求2所述微型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器的控制方法，其特征在于燃燒性能指標(biāo)實時監(jiān)控控制過程中執(zhí)行以下步驟在燃機(jī)運行過程中，一些性能指標(biāo)必須實時監(jiān)控，這些指標(biāo)包括透平出口溫度T4、溫升率和加速度，這三個量必須在燃機(jī)運行過程實時檢測，并根據(jù)檢測量的大小，作出事先定標(biāo)的調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)包括燃?xì)廨啓C(jī)燃燒控制器和控制方法，該控制器包括有中央控制單元CPU，與CPU的A/D轉(zhuǎn)換器聯(lián)接的有檢測單元；與CPU輸出聯(lián)接的D/A轉(zhuǎn)換的輸出單元，與CPU I/O接口聯(lián)接輸入有光電耦合單元及I/O輸出的驅(qū)動單元，其控制方法是計算機(jī)程序模塊實現(xiàn)的，包括有系統(tǒng)初始化和自檢、燃燒器點火、功率閉環(huán)調(diào)節(jié)塊，停機(jī)及燃機(jī)性能指示實時監(jiān)控模塊，其控制采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器調(diào)節(jié)方法。本控制裝置使用TI數(shù)字信號處理器實行控制目標(biāo)，提高了控制精度并降低了技術(shù)成本，在控制方法上使用多種調(diào)節(jié)方法和模糊自適應(yīng)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制燃燒，進(jìn)一步提高了控制精度和系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。
文檔編號F02C9/28GK1869420SQ200610046890
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月14日
發(fā)明者張化光, 閆世杰, 李愛平, 邊春元, 陳宏志, 劉秀翀, 宋崇輝, 馮健 申請人:東北大學(xué)