專利名稱：數(shù)字化電子調(diào)速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電動機設(shè)備系統(tǒng)，特別涉及一種柴油機用的數(shù)字化電子調(diào)速器。
背景技術(shù)：
柴油發(fā)動機的工作需要靠一個轉(zhuǎn)速調(diào)整裝置來穩(wěn)定，稱為調(diào)速器，目前普遍使用的柴油發(fā)動機，其燃油供油量由噴油泵柱塞的位置決定，噴油泵柱塞的位置由噴油泵內(nèi)的柱塞位置控制齒條來調(diào)節(jié)，調(diào)速器通過轉(zhuǎn)速器與柱塞位置控制齒條間的關(guān)聯(lián)，用“負(fù)反饋”的模式來穩(wěn)定柴油發(fā)動機的轉(zhuǎn)速并防止飛車，機械調(diào)速器的原理，是靠飛塊旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心力和彈簧力的平衡來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；當(dāng)彈簧力一定時，轉(zhuǎn)速高則飛快旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心力大，推動柱塞位置控制齒條使供油量減少，從而降低發(fā)動機的轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速低則飛塊旋轉(zhuǎn) 時所產(chǎn)生的離心力小，推動柱塞位置控制齒條使供油量增加，從而提高發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，達(dá)到動態(tài)的穩(wěn)定；加大或減小油門，實際上就是通過改變彈簧變形的尺寸而改變彈簧力，使得柴油發(fā)動機在新的轉(zhuǎn)速下達(dá)到新的平衡從而改變發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。但機械調(diào)速器仍有缺點，即調(diào)速是一次到位且具有慣性，而且這種機械的調(diào)速模式需要將彈簧和飛塊系統(tǒng)與噴油泵進(jìn)行精確的調(diào)整和配合，如配合不佳時調(diào)速靈敏度下降而慣性增加，出現(xiàn)加、減油門時雖然增、減速很快，但燃油燃燒不完全，導(dǎo)致油耗較高、黑煙、廢氣排放嚴(yán)重；同時在柴油發(fā)動機的工作情況下，彈簧力一次設(shè)定后不可更改，而負(fù)載增加時需要供油量增加，只有增速降低供油量才能增加。發(fā)動機調(diào)速器是將發(fā)動機穩(wěn)定控制在設(shè)定的工作轉(zhuǎn)速下運行的控制裝置，根據(jù)其實現(xiàn)方式的不同市面上有機械調(diào)速器、液壓調(diào)速器、電液調(diào)速器、電子調(diào)速器、復(fù)合式調(diào)速器。長期以來，柴油機主要采用機械式和機械液壓式以及模擬式電子調(diào)速器。但這二種存在致命的不穩(wěn)定性和離散行，在許多場合遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。模擬電子調(diào)速器是運算電路、伺服電路、反饋電路組成，在運算過程中存在離散性和穩(wěn)定性的浮動，這樣多的分立器件構(gòu)成的電路，只要一個器件出現(xiàn)參數(shù)變化就能影響整個電路系統(tǒng)，如果是多個元件出現(xiàn)參數(shù)變化問題更加嚴(yán)重。本實用新型則提供一種新的數(shù)字化的電子調(diào)速器來解決上述問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一種可將發(fā)動機控制在恒轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行并且能夠克服離散性以及提升穩(wěn)定性的數(shù)字化電子調(diào)速器。本實用新型通過這樣的技術(shù)方案解決上述的技術(shù)問題提供一種數(shù)字化電子調(diào)速器，該數(shù)字化電子調(diào)速器包括設(shè)定理想轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速控制器、采集實際轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器、調(diào)整實際轉(zhuǎn)速的執(zhí)行器，以及連接上述各部件的電纜，轉(zhuǎn)速控制器又包括設(shè)定理想轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速設(shè)定電位器、比較理想轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速的比較器、計算理想轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速偏差量的轉(zhuǎn)速偏差器、轉(zhuǎn)換實際轉(zhuǎn)速模擬正弦波信號為數(shù)字方波信號的轉(zhuǎn)換器和將轉(zhuǎn)速偏差量轉(zhuǎn)換為PWM的PID調(diào)節(jié)器。[0008]作為一種改進(jìn)，執(zhí)行器為電磁執(zhí)行器，為鎧裝式直流比例電磁鐵，其加油方向驅(qū)動力與線圈繞組內(nèi)控制電流成比例，減油方向復(fù)位力由復(fù)位彈簧產(chǎn)生。作為一種改進(jìn)，轉(zhuǎn)速傳感器是磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由導(dǎo)磁探頭、線圈、磁鋼組成，磁鋼產(chǎn)生的磁力通過導(dǎo)磁探頭形成閉合的磁力線，線圈纏繞在導(dǎo)磁探頭上。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型具有以下優(yōu)點使得動力系統(tǒng)操作運行更加安全、 離散性較佳、穩(wěn)定性較好。

圖I是本實用新型數(shù)字化電子調(diào)速器的一種實施方式的系統(tǒng)框架圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型的具體實施方式
。本實用新型數(shù)字化電子調(diào)速器是將發(fā)動機穩(wěn)定控制在設(shè)定的工作轉(zhuǎn)速下運行的精密控制裝置，根據(jù)其實現(xiàn)方式的不同可分為機械調(diào)速器、液壓調(diào)速器、電液調(diào)速器、電子調(diào)速器以及復(fù)合式調(diào)速器等，在控制原理上，各種調(diào)速器都具有轉(zhuǎn)速設(shè)定、測速、比較、運算、驅(qū)動輸出、執(zhí)行元件、調(diào)節(jié)系數(shù)設(shè)定、保護(hù)或限制等機構(gòu)或部件，各機構(gòu)或部件經(jīng)過有效組合形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。本實用新型數(shù)字化電子調(diào)速器由轉(zhuǎn)速控制器、執(zhí)行器、轉(zhuǎn)速傳感器和連接上述部件的電纜等組成。發(fā)動機的理想轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速控制器上的轉(zhuǎn)速設(shè)定電位器設(shè)定，發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速由安裝于飛輪齒圈部位的磁電式轉(zhuǎn)速傳感器采集，其輸出信號為頻率與發(fā)動機轉(zhuǎn)速成比例的交流正弦波信號；該信號經(jīng)模數(shù)信號轉(zhuǎn)換器(正弦波信號轉(zhuǎn)換為方波信號)轉(zhuǎn)換為數(shù)字方波信號，與轉(zhuǎn)速設(shè)定值比較后得到轉(zhuǎn)速偏差量；該偏差量經(jīng)PID調(diào)節(jié)器(比例-積分-微分控制器，由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成)運算放大后轉(zhuǎn)化成PWM(Pulse-ffidth Modulation,脈寬調(diào)制)電流控制方式，向執(zhí)行器輸出驅(qū)動電流，執(zhí)行器在驅(qū)動電流的作用下壓縮內(nèi)部彈簧改做直線運動輸出，執(zhí)行器為鎧裝式直流比例電磁鐵，其加油方向驅(qū)動力與線圈繞組內(nèi)控制電流成比例，減油方向復(fù)位力由復(fù)位彈簧產(chǎn)生，執(zhí)行器拉桿作用柴油發(fā)動機調(diào)速手柄，從而控制發(fā)動機在所設(shè)定的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。本實用新型調(diào)速器工作原理是調(diào)速器將設(shè)定工作轉(zhuǎn)速與測速元件測得的發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，比較的結(jié)果(即偏差)包含兩部分信息偏差“正、負(fù)”信息和偏差幅度信肩、O偏差“正、負(fù)”信息的作用是如果發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速大于設(shè)定的工作轉(zhuǎn)速，偏差為“負(fù)”，調(diào)速器將輸出“負(fù)向”控制，通過執(zhí)行元件減小燃料量，發(fā)動機轉(zhuǎn)速隨之降低；如果發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速小于設(shè)定的工作轉(zhuǎn)速，偏差為“正”，調(diào)速器將輸出“正向”控制，通過執(zhí)行元件增大燃料量，發(fā)動機轉(zhuǎn)速隨之升高。偏差幅度信息的作用是偏差幅度經(jīng)過MCU (Micro Controlling Unit,微處理器或微控制器)的處理，確定輸出控制量的大小，即增加或減少燃料量的多少，在偏差幅度一定的情況下，輸出控制量的大小必須是合適的，過大或過小都會導(dǎo)致發(fā)動機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)或達(dá)不到調(diào)速精度要求。根據(jù)調(diào)速器種類的不同，處理的運算方法具有其特有的物理實現(xiàn)方式[0019]機械調(diào)速器由機械杠桿支點的變化實現(xiàn)簡單的“比例調(diào)節(jié)”運(P運算)；液壓調(diào)速器由機械杠桿支點的變化、具有節(jié)流作用的油缸以及針閥實現(xiàn)“比例調(diào)節(jié)”、“積分調(diào)節(jié)”和“微分調(diào)節(jié)”等(PID運算)；電子調(diào)速器由模擬電路或計算機軟件實現(xiàn)PID運算或更加復(fù)雜的智能控制。請參圖1，為本實用新型數(shù)字化電子調(diào)速器的10的一種實施方式的系統(tǒng)框架圖。該數(shù)字化電子調(diào)速器10由電源30供電并且用于調(diào)節(jié)發(fā)動機20的轉(zhuǎn)速。數(shù)字化電子調(diào)速器10包括轉(zhuǎn)速控制器11、轉(zhuǎn)速傳感器12、電磁執(zhí)行器13，以及連接上述各部件的電纜(圖中顯示為帶箭頭的線條)。具體地，轉(zhuǎn)速控制器11又包括轉(zhuǎn)速設(shè)定電位器111、比較器112、轉(zhuǎn)速偏差器113、模數(shù)信號轉(zhuǎn)換器114和PID調(diào)節(jié)器115。 調(diào)速方法如下發(fā)動機20的理想轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速控制器11的轉(zhuǎn)速設(shè)定電位器111設(shè)定，發(fā)動機20的實際轉(zhuǎn)速由安裝于飛輪齒圈部位的磁電式轉(zhuǎn)速傳感器12采集，其輸出信號為頻率與發(fā)動機20轉(zhuǎn)速成比例的交流電壓信號，該信號經(jīng)模數(shù)信號轉(zhuǎn)換器114轉(zhuǎn)換為直流電壓，與轉(zhuǎn)速設(shè)定值經(jīng)過比較器112比較后由轉(zhuǎn)速偏差器113得到轉(zhuǎn)速偏差量，該轉(zhuǎn)速偏差量經(jīng)PID調(diào)節(jié)器115運算放大后轉(zhuǎn)化成PWM電流控制方式，向電磁執(zhí)行器13輸出驅(qū)動電流，電磁執(zhí)行器13在驅(qū)動電流的作用下壓縮內(nèi)部彈簧改做直線運動輸出，從而達(dá)到發(fā)動機轉(zhuǎn)速動態(tài)平衡，使發(fā)動機組輸出恒定的380V交流電壓。電磁執(zhí)行器13為鎧裝式直流比例電磁鐵，其加油方向驅(qū)動力與線圈繞組內(nèi)控制電流成比例，減油方向復(fù)位力由復(fù)位彈簧產(chǎn)生，執(zhí)行器拉桿作用柴油發(fā)動機調(diào)速手柄，從而控制發(fā)動機在所設(shè)定的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。電磁執(zhí)行器13是電子調(diào)速器的執(zhí)行元件，通過控制電磁執(zhí)行器13的線圈電流，可以控制電磁執(zhí)行器13的輸出位移。電磁執(zhí)行器13直接驅(qū)動發(fā)動機20的高壓油泵齒條或汽油機節(jié)氣門，從而控制發(fā)動機20的燃料供給量。通過熱力轉(zhuǎn)換，發(fā)動機20將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動能輸出動力扭矩，動力扭矩與負(fù)載阻力矩相互作用形成發(fā)動機的轉(zhuǎn)速輸出。因此，控制電磁執(zhí)行器13的電流大小即可控制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速傳感器12是磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由導(dǎo)磁探頭、線圈、磁鋼組成，磁鋼產(chǎn)生的磁力通過導(dǎo)磁探頭形成閉合的磁力線，線圈纏繞在導(dǎo)磁探頭上，當(dāng)發(fā)動機20飛輪齒圈上的一個齒切割導(dǎo)磁探頭前的磁力線時，引起通過線圈的磁通量的變化，并在線圈上形成感生電勢，該感生電勢近似于正弦波信號。當(dāng)發(fā)動機飛輪齒圈連續(xù)運轉(zhuǎn)通過轉(zhuǎn)速傳感器的導(dǎo)磁探頭時，即在線圈兩端產(chǎn)生連續(xù)的正弦波轉(zhuǎn)速信號。感生電勢的大小取決于磁鋼產(chǎn)生的磁場強度、線圈匝數(shù)、飛輪齒圈的線速度以及導(dǎo)磁探頭至齒頂?shù)木嚯x(轉(zhuǎn)速傳感器安裝間隙)。發(fā)動機20的理想轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速設(shè)定電位器111和外接微調(diào)電位器(可選部件，可根據(jù)實際需要選擇設(shè)置或不設(shè)置)設(shè)定，發(fā)動機20的實際轉(zhuǎn)速由安裝于飛輪齒圈部位的磁電式轉(zhuǎn)速傳感器12所感受，其輸出信號為頻率與發(fā)動機轉(zhuǎn)速成比例的交流正弦波信號；該信號經(jīng)模數(shù)信號轉(zhuǎn)換器114轉(zhuǎn)換為數(shù)字方波信號，與轉(zhuǎn)速設(shè)定值比較后得到轉(zhuǎn)速偏差量；該偏差經(jīng)PID調(diào)節(jié)器115運算放大后得出發(fā)動機燃料供給量位置，即執(zhí)行元件穩(wěn)態(tài)輸出指令位置，該指令位置與當(dāng)前電磁執(zhí)行器實際輸出位置比較后，得到位置偏差量，該偏差再經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器115運算放大后，轉(zhuǎn)化成PWM電流控制方式，向電磁執(zhí)行器輸出驅(qū)動電流，以改變電磁執(zhí)行器的輸出位置，驅(qū)動發(fā)動機噴油泵齒條、節(jié)氣門或燃料控制閥向減小轉(zhuǎn)速偏差的方向運動，從而控制發(fā)動機在所設(shè)定的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。采用本實用新型，將會具有使得動力系統(tǒng)操作運行更加安全、離散性較佳、穩(wěn)定性較好的特點。以上所述僅為本實用新型的較佳實施方式，本實用新型的保護(hù)范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本實用新型所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)?！?br> 權(quán)利要求1.一種數(shù)字化電子調(diào)速器，其特征在于該數(shù)字化電子調(diào)速器包括設(shè)定理想轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速控制器、采集實際轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器、調(diào)整實際轉(zhuǎn)速的執(zhí)行器，以及連接上述各部件的電纜，轉(zhuǎn)速控制器又包括設(shè)定理想轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速設(shè)定電位器、比較理想轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速的比較器、計算理想轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速偏差量的轉(zhuǎn)速偏差器、轉(zhuǎn)換實際轉(zhuǎn)速模擬正弦波信號為數(shù)字方波信號的轉(zhuǎn)換器和將轉(zhuǎn)速偏差量轉(zhuǎn)換為PWM的PID調(diào)節(jié)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字化電子調(diào)速器，其特征在于執(zhí)行器為電磁執(zhí)行器，為鎧裝式直流比例電磁鐵，其加油方向驅(qū)動力與線圈繞組內(nèi)控制電流成比例，減油方向復(fù)位力由復(fù)位彈簧產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字化電子調(diào)速器，其特征在于轉(zhuǎn)速傳感器是磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由導(dǎo)磁探頭、線圈、磁鋼組成，磁鋼產(chǎn)生的磁力通過導(dǎo)磁探頭形成閉合的磁力線，線圈纏繞在導(dǎo)磁探頭上。
專利摘要本實用新型關(guān)于一種數(shù)字化電子調(diào)速器，該數(shù)字化電子調(diào)速器包括設(shè)定理想轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速控制器、采集實際轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器、調(diào)整實際轉(zhuǎn)速的執(zhí)行器，以及連接上述各部件的電纜，轉(zhuǎn)速控制器又包括設(shè)定理想轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速設(shè)定電位器、比較理想轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速的比較器、計算理想轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速偏差量的轉(zhuǎn)速偏差器、轉(zhuǎn)換實際轉(zhuǎn)速為數(shù)字方波的轉(zhuǎn)換器和將轉(zhuǎn)速偏差量轉(zhuǎn)換為PWM的PID調(diào)節(jié)器。本實用新型具有以下優(yōu)點使得動力系統(tǒng)操作運行更加安全、離散性較佳、穩(wěn)定性較好。
文檔編號F02D41/24GK202768156SQ20122032769
公開日2013年3月6日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者余品勝 申請人:上海盈高電子科技有限公司