一種汽油機(jī)電子調(diào)速器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種汽油機(jī)電子調(diào)速器，包括轉(zhuǎn)速采樣模塊、數(shù)字控制器、執(zhí)行驅(qū)動模塊和執(zhí)行器；所述轉(zhuǎn)速采樣模塊獲取當(dāng)前的轉(zhuǎn)速信號，對信號進(jìn)行數(shù)字化處理后送給數(shù)字控制器；所述數(shù)字控制器，在數(shù)字控制器中利用PID數(shù)字控制算法對收到的信號進(jìn)行處理，得到控制命令輸送給執(zhí)行驅(qū)動模塊；所述執(zhí)行驅(qū)動模塊根據(jù)控制命令驅(qū)動執(zhí)行器執(zhí)行控制命令；所述執(zhí)行器控制汽油機(jī)的節(jié)氣門，從而對汽油機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明的有益效果是采用的汽油機(jī)電子調(diào)速器具有可靠性高，瞬時調(diào)速性能好。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于汽油機(jī)電子調(diào)速器【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種汽油機(jī)電子調(diào)速器。 一種汽油機(jī)電子調(diào)速器

【背景技術(shù)】
[0002] 汽油機(jī)調(diào)速器的作用是依靠控制軟件來實現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制功能，使汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速在 負(fù)荷不斷變化的情況下，穩(wěn)定在設(shè)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。分析國內(nèi)外有關(guān)電子調(diào)速器研究現(xiàn)狀 的基礎(chǔ)上，針對電子調(diào)速器在汽油機(jī)的過渡過程中，如何提高電子調(diào)速器的動態(tài)特性進(jìn)行 了研究。分析了汽油機(jī)在過渡過程中轉(zhuǎn)速變化與節(jié)氣門開度變化之間的關(guān)系以及節(jié)氣門的 調(diào)節(jié)量對電子調(diào)速器的動態(tài)特性的影響。采用分段式數(shù)字PID控制，根據(jù)汽油機(jī)過渡過程 的要求，提高電子調(diào)速器的動態(tài)響應(yīng)速度，改善瞬時調(diào)速率，及時消除超調(diào)量，縮短穩(wěn)定時 間。
[0003] 電子調(diào)速器依靠控制軟件來實現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制功能，使汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速在負(fù)荷不斷變 化的情況下，穩(wěn)定在設(shè)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。解決了機(jī)械式調(diào)速器無法克服的缺點，其穩(wěn)態(tài)、瞬 態(tài)調(diào)速率以及過渡時間都可通過程序進(jìn)行控制，具有很強(qiáng)的通用性和擴(kuò)展能力。執(zhí)行機(jī)構(gòu) 采用四相步進(jìn)電機(jī)，將電脈沖信號變化成轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速的執(zhí)行電動機(jī)。只要軟件設(shè)計得當(dāng)，就 可以直接驅(qū)動汽油機(jī)的節(jié)氣門，其控制精度較高，而且控制系統(tǒng)線路簡單、功放元件少、工 作可靠。
[0004] 現(xiàn)有汽油機(jī)上的調(diào)速器普遍使用的是機(jī)械式調(diào)速器，它存在穩(wěn)態(tài)、瞬時調(diào)速性能 較差，穩(wěn)定時間較長等缺點。目前國內(nèi)外針對小型高速汽油機(jī)用電子調(diào)速器進(jìn)行的研究相 對較少。與柴油機(jī)用電子調(diào)速器相比，汽油機(jī)用電子調(diào)速器有較大的技術(shù)難度，其中主要原 因在于汽油機(jī)轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)動慣量小，突加或突卸負(fù)荷時的dn/特別大，以及化油器靜態(tài)特 性的非線性和動態(tài)特性中的過度性能差等方面，特別是對電子調(diào)速器的動態(tài)特性有很高的 要求。為適應(yīng)生產(chǎn)的需要，開發(fā)一種價格低廉、可靠性高、具有通用性和擴(kuò)展性的數(shù)字式電 子調(diào)速器是十分必要的，其應(yīng)用前景非常廣闊。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種汽油機(jī)電子調(diào)速器，解決了現(xiàn)有的汽油機(jī)調(diào)速器采用 機(jī)械式穩(wěn)態(tài)、瞬時調(diào)速性能較差的問題。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是包括轉(zhuǎn)速采樣模塊、數(shù)字控制器、執(zhí)行驅(qū)動模塊和執(zhí) 行器；所述轉(zhuǎn)速采樣模塊獲取當(dāng)前的轉(zhuǎn)速信號，對信號進(jìn)行數(shù)字化處理后送給數(shù)字控制器； 所述數(shù)字控制器，在數(shù)字控制器中利用PID數(shù)字控制算法對收到的信號進(jìn)行處理，得到控 制命令輸送給執(zhí)行驅(qū)動模塊；所述執(zhí)行驅(qū)動模塊根據(jù)控制命令驅(qū)動執(zhí)行器執(zhí)行控制命令； 所述執(zhí)行器控制汽油機(jī)的節(jié)氣門，從而對汽油機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0007] 進(jìn)一步，所述PID數(shù)字控制算法公式如下：
[0008] Δ U (i) = K' xe (i) +K' ρ [e (i) _e (i_l) ] +K' D [e (i) +e (i_2) ~2e (i_l)]
[0009] 式中，e(i)表示當(dāng)前轉(zhuǎn)速與設(shè)定值之差；4表示比例系數(shù)，e⑴-e(i-l)表示 當(dāng)前轉(zhuǎn)速與前一次轉(zhuǎn)速之差，反映速度的變化快慢；6(1)+6(卜2)-26(卜1)轉(zhuǎn)速的加速度； △U(i)為輸出的控制增量，數(shù)值的大小表示當(dāng)次計算需要調(diào)節(jié)的量，當(dāng)值為正時，表示需要 關(guān)小節(jié)氣門；當(dāng)值為負(fù)時，表示要開大節(jié)氣門，由于汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，速度的變化快慢以 及加速度的變化可以忽略不計，故取積分系數(shù)K' p、微分系數(shù)K' D為零。
[0010] 整個控制電路由核心控制單元AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)以及外圍電路組成；外圍 電路包括輸入信號整形電路、轉(zhuǎn)速采用電路以及步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路；汽油機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速 信號，經(jīng)過輸入信號整形電路的運算放大器進(jìn)行放大、光電耦合器對其整形后，隔離干擾信 號后，再經(jīng)過非門電路，慮去負(fù)半周期的信號，作為單片機(jī)最小系統(tǒng)的輸入信號，單片機(jī)最 小系統(tǒng)對輸入的信號通過PID數(shù)字控制算法進(jìn)行計算，經(jīng)過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，實現(xiàn)步進(jìn) 電機(jī)的正反轉(zhuǎn)的控制，進(jìn)而實現(xiàn)汽油機(jī)節(jié)氣門以及轉(zhuǎn)速的控制。
[0011] 進(jìn)一步，所述單片機(jī)最小系統(tǒng)包括AT89C51單片機(jī)，晶振電路和復(fù)位電路，晶振電 路中的晶振即石英晶體振蕩器，是用來產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率，通過基準(zhǔn)頻率來控制電路中頻率的 準(zhǔn)確性，同時，它還可產(chǎn)生振蕩電流，向單片機(jī)發(fā)出時鐘信號，電路中電容C1和C2選擇為 30pF，晶振頻率為12MHz，復(fù)位電路采用手動按鍵復(fù)位。
[0012] 進(jìn)一步，所述信號整形電路對汽油機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)過運算放大器進(jìn)行放大、 光電耦合器對齊整形后的信號進(jìn)行隔離，去掉電路中的干擾信號。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是采用的汽油機(jī)電子調(diào)速器具有可靠性高，瞬時調(diào)速性能好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明電子調(diào)速器模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖2是本發(fā)明控制電路圖；
[0016] 圖3是本發(fā)明單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)電路原理圖；
[0017] 圖4是本發(fā)明單片機(jī)輸入信號整形電路原理圖；
[0018] 圖5是本發(fā)明A相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路原理圖；
[0019] 圖6是本發(fā)明轉(zhuǎn)速采用電路原理圖；
[0020] 圖7是本發(fā)明步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動程序流程圖；
[0021] 圖8是本發(fā)明轉(zhuǎn)速采集流程圖。

【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0023] -種汽油機(jī)電子調(diào)速器，包括轉(zhuǎn)速采樣模塊1、數(shù)字控制器2、執(zhí)行驅(qū)動模塊3和執(zhí) 行器4;
[0024] 所述轉(zhuǎn)速采樣模塊1獲取當(dāng)前的轉(zhuǎn)速信號，對信號進(jìn)行數(shù)字化處理后送給數(shù)字控 制器2;
[0025] 數(shù)字控制器2,在數(shù)字控制器2中利用PID數(shù)字控制算法對收到的信號進(jìn)行處理， 得到控制命令輸送給執(zhí)行驅(qū)動模塊3 ;
[0026] 所述執(zhí)行驅(qū)動模塊3根據(jù)控制命令驅(qū)動執(zhí)行器4執(zhí)行控制命令；
[0027] 所述執(zhí)行器4控制汽油機(jī)5的節(jié)氣門，從而對汽油機(jī)5的輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0028] 電子調(diào)速器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，汽油機(jī)5的輸出轉(zhuǎn)速是連續(xù)量，數(shù)字控制器2所 接受的轉(zhuǎn)速信號以及對執(zhí)行驅(qū)動模塊3的控制等都是離散量。數(shù)字控制器2主要完成調(diào)節(jié) 汽油機(jī)5的轉(zhuǎn)速和控制計算，它是數(shù)字式電子調(diào)速器的核心部分。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，對 汽油機(jī)5的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，控制算法是由程序來實現(xiàn)的，控制算法以及相應(yīng)的控制程序決 定了控制的效果。轉(zhuǎn)速采樣模塊1要求穩(wěn)定可靠，采樣的周期越短，包括汽油機(jī)5在內(nèi)的整 個系統(tǒng)越接近于連續(xù)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速也就越穩(wěn)定。汽油機(jī)5具有周期性工作的特點，即使在穩(wěn)定 工作時，不同的曲軸轉(zhuǎn)角，汽油機(jī)5的瞬時轉(zhuǎn)速也不盡相同。因此，過短的采樣時間反而不 能準(zhǔn)確反映汽油機(jī)5的轉(zhuǎn)速。執(zhí)行器4是調(diào)速器實現(xiàn)其功能的關(guān)鍵部分，執(zhí)行器4的性能 直接影響調(diào)速器的控制效果，要求執(zhí)行器4的慣性較小，動態(tài)反應(yīng)快，
[0029] 本發(fā)明電路設(shè)計如下：
[0030] 系統(tǒng)主控制電路的設(shè)計：如圖2所示，該控制電路由核心控制單元AT89C51單片機(jī) 最小系統(tǒng)以及外圍電路組成。外圍電路包括輸入信號整形電路、轉(zhuǎn)速采用電路以及步進(jìn)電 機(jī)的驅(qū)動電路。
[0031] 汽油機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)過輸入信號整形電路的運算放大器進(jìn)行放大、光電耦 合器對其整形后，隔離干擾信號，再經(jīng)過轉(zhuǎn)速采用電路非門，慮去負(fù)半周期的信號，作為單 片機(jī)最小系統(tǒng)的輸入信號，單片機(jī)最小系統(tǒng)對輸入的信號進(jìn)行PID數(shù)字計算，經(jīng)過步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動電路，實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)的控制，進(jìn)而實現(xiàn)汽油機(jī)5節(jié)氣門以及轉(zhuǎn)速的控制。
[0032] 單片機(jī)最小系統(tǒng)：如圖3所不，包括AT89C51單片機(jī)，晶振電路和復(fù)位電路。晶振 電路中的晶振即石英晶體振蕩器，是用來產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率。通過基準(zhǔn)頻率來控制電路中頻率 的準(zhǔn)確性。同時，它還可產(chǎn)生振蕩電流，向單片機(jī)發(fā)出時鐘信號。電路中電容C1和C2選擇 為30pF。晶振頻率為12MHz。復(fù)位電路采用手動按鍵復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)工作時，按鍵可以看成 是兩個串聯(lián)電阻，因下面電阻的阻值大，當(dāng)REST端為高電平時，系統(tǒng)復(fù)位。松開按鍵，REST 端電壓下降，降為低電平時系統(tǒng)開始工作。
[0033] 信號整形電路設(shè)計：如圖4所示，汽油機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)過運算放大器進(jìn)行放 大、光電耦合器對齊整形后的信號進(jìn)行隔離，去掉電路中的干擾信號，再經(jīng)過非門，濾去負(fù) 半周的信號，作為單片機(jī)的輸入信號。
[0034] 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計：如圖5所示，本試驗采用的步進(jìn)電機(jī)優(yōu)選為四相步進(jìn)電 機(jī)。步進(jìn)電機(jī)與化油器同軸安裝，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動使節(jié)氣門的開度增大或減小。用步進(jìn)電機(jī) 直接驅(qū)動節(jié)氣門時，只要軟件設(shè)計得當(dāng)，不容易發(fā)生"游車"振蕩現(xiàn)象，控制精度相對較高。
[0035] 轉(zhuǎn)速采用電路設(shè)計：如圖6所示，在本電路采樣中，汽油機(jī)發(fā)出的信號經(jīng)過非門整 形后作為采樣電路的輸入信號，由單片機(jī)的I/O 口 P3. 0進(jìn)行采集；P2. 6采集汽油機(jī)負(fù)荷的 突加或突卸信號；P1端口的高四位采集步進(jìn)電機(jī)的相序，其輸入信號是經(jīng)過兩個非門的逐 一整形為矩形波。由于AT89C51單片機(jī)片內(nèi)存儲器的容量只有4KB，又因汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速很 高，每次采集的數(shù)據(jù)數(shù)量較大，所以必須外擴(kuò)存儲器，才能夠真實反映出整個動態(tài)過程的情 況。轉(zhuǎn)速采用模塊分別采集四相步進(jìn)電機(jī)的相序。
[0036] 系統(tǒng)軟件設(shè)計：
[0037] 如圖7為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動程序流程圖，圖8為轉(zhuǎn)速采集流程圖所示步驟，PID數(shù)字控 制算法是電子調(diào)速器中數(shù)字控制器2的控制核心部分，在整個控制系統(tǒng)中，控制算法處理 采樣信號后對汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。PID數(shù)字控制算法的計算公式如下：
[0038] Δ U (i) = K' xe (i) +K' ρ [e (i) _e (i_l) ] +K' D [e (i) +e (i_2) ~2e (i_l)]
[0039] 式中，e(i)表示當(dāng)前轉(zhuǎn)速與設(shè)定值之差；e(i)-e(i-l)表示當(dāng)前轉(zhuǎn)速與前一次轉(zhuǎn) 速之差，反映速度的變化快慢；e(i)+e(i-2)-2e(i-l)轉(zhuǎn)速的加速度；AU(i)為輸出的控制 增量，數(shù)值的大小表示當(dāng)次計算需要調(diào)節(jié)的量。當(dāng)值為正時，表示需要關(guān)小節(jié)氣門；當(dāng)值為 負(fù)時，表示要開大節(jié)氣門。由于汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，速度的變化快慢以及加速度的變化可以 忽略不計，故取積分系數(shù)K' p、微分系數(shù)K' D為零?！?gt;:表示比例系數(shù)。
[0040] 在實際的運用中，AU(i)值的大小即決定當(dāng)次需要調(diào)節(jié)的量，又決定調(diào)節(jié)的速度 快慢。設(shè)計的驅(qū)動脈沖頻率越高，步進(jìn)電機(jī)的角速度越快；反之，則步進(jìn)電機(jī)的角度越慢。這 樣設(shè)計的好處是在轉(zhuǎn)速輕微波動時能減小超調(diào)量，在大幅度加載和卸載時又能避免響應(yīng)遲 緩。設(shè)定汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000r/min，發(fā)電機(jī)為9對磁極，在發(fā)電機(jī)的輸出端獲取轉(zhuǎn)速信號， 計數(shù)時間為整周期電信號。當(dāng)單片機(jī)AT89C51的晶振為6MHz時，一個機(jī)器周期為2 μ s。定 時器采用16位定時器，在設(shè)定轉(zhuǎn)速的計數(shù)時間位2. 22ms，計數(shù)值為0280Η。當(dāng)高八位大于或 者小于02H時，汽油機(jī)處于啟動、停機(jī)、大幅度加載或者卸載狀態(tài)，這時需要對汽油機(jī)的轉(zhuǎn) 速進(jìn)行大幅度調(diào)節(jié)，使其盡快回到穩(wěn)定的狀態(tài)；當(dāng)高八位為02H時，汽油機(jī)處于正常工作狀 態(tài)下，需要進(jìn)行小調(diào)節(jié)。當(dāng)高八位不變，低八位在7DH?83H變化時，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為3019? 2986r/min，此時汽油機(jī)基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)，不需要對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)速器不動作；當(dāng)?shù)桶?位在77H?89H變化時，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為3052?2955r/min，此時，步進(jìn)電機(jī)采用四相八拍工 作方式，其它情況下，均采用四相雙四拍工作方式，這樣，能夠提高其控制精度。
[0041] 在地址分配時，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器單元30H?37H、40H?4--、60Η?73H是位存儲器 地址，R0、R1為工作寄存器。50H為1，表示汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速需要調(diào)節(jié)；為0,不需要調(diào)節(jié)；51H 為1，表示步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；為0,表示反轉(zhuǎn)；52H為1，表示高八位大于或者小于02H，需要大調(diào) 節(jié)；為0,高八位等于02H，需要小調(diào)節(jié)。
[0042] 采用分段式數(shù)字PID控制，根據(jù)汽油機(jī)過渡過程的要求，提高電子調(diào)速器的動態(tài) 響應(yīng)速度，改善瞬時調(diào)速率，及時消除超調(diào)量，縮短穩(wěn)定時間。
[0043] 下面列舉具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行說明：
[0044] 實施例1 :本次試驗采用不揮發(fā)隨機(jī)訪問存儲器Dallas公司生產(chǎn)的系列產(chǎn)品 DS1225AD，為65536位，全靜態(tài)非易失（NV) SRAM，按照8位、8192字節(jié)排列，每個NV SRAM均 自帶鋰電池及控制電路，控制電路連續(xù)監(jiān)視Vcc是否超出容差范圍，一旦超出容差范圍，鋰 電池便自動切換至供電狀態(tài)、寫保護(hù)將無條件使能防止數(shù)據(jù)被破壞。NV SRAM可直接現(xiàn)有 的8KX8SRAM，符合通用的單字節(jié)寬、28弓丨腳DIP封裝。這些器件還與2764EEPR0M的引腳 匹配，可直接替代并增強(qiáng)其性能。該器件沒有寫次數(shù)限制，可直接與微處理器接口，不需要 額外的支持電路。
[0045] 本試驗采用的步進(jìn)電機(jī)為四相步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)與化油器同軸安裝，步進(jìn)電機(jī) 的轉(zhuǎn)動使節(jié)氣門的開度增大或減小。用步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動節(jié)氣門時，只要軟件設(shè)計得當(dāng)，不 容易發(fā)生"游車"振蕩現(xiàn)象，控制精度相對較高。步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)如表1所示，驅(qū)動電路 如圖2所示。其中，步進(jìn)電機(jī)、化油器、氣門都是鏈接汽油機(jī)的部分，是控制系統(tǒng)的一部分。 是用程序控制步進(jìn)電機(jī)，打開或關(guān)閉氣門的大小。
[0046] 表 1
[0047] 輸出傳動最大空載啟動 最大連續(xù)空轉(zhuǎn) 相數(shù)齒數(shù) 步距角 比 頻率 頻率 Bl 4 16 1:16 450 Hz 900 Hz 0.044 0 0.088 0
[0048] 本試驗采用的樣機(jī)是四沖程汽油機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為3000r/min，轉(zhuǎn)子共有9對磁 極。所以，汽油機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下工作時，其發(fā)出的交流電頻率為： Γ ? , 3000x9 ,
[0049] f =-= 450/fe 60
[0050] 汽油機(jī)兩個周期對應(yīng)一個工作循環(huán)，如果采用對發(fā)電機(jī)發(fā)出交流電的一個周期進(jìn) 行計數(shù)的方式，記時時間的長短反映汽油機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。采用6MHz晶振的單片機(jī)，其計數(shù) 時間為2 μ s，在額定轉(zhuǎn)速下，在一個周期里計數(shù)時間為：
[0051] Τ = ---χ1000 = 2.22/ηλ. 3000 X 9
[0052] 當(dāng)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速低于設(shè)定的轉(zhuǎn)速時，所需要的采樣時間有所增加；高于設(shè)定的轉(zhuǎn)速 時，所需的采樣時間相對減少，2%的穩(wěn)定調(diào)速率所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍為3060?2940r/min， 采樣時間為2. 179?2. 268ms，此方案不需要A/D轉(zhuǎn)換，頻率--電壓轉(zhuǎn)電路，電路簡單，工 作可靠。
[0053] 本系統(tǒng)以磁電機(jī)發(fā)出的交流電作為汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速信號，在本電路采樣中，汽油機(jī) 發(fā)出的信號經(jīng)過非門整形后作為采樣電路的輸入信號，由單片機(jī)的I/O 口 P3. 0進(jìn)行采集； P2. 6采集汽油機(jī)負(fù)荷的突加或突卸信號；P1端口的高四位采集步進(jìn)電機(jī)的相序，其輸入信 號是經(jīng)過兩個非門逐一整形為矩形波。由于AT89C51單片機(jī)片內(nèi)存儲器的容量只有4KB，又 因汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，每次采集的數(shù)據(jù)數(shù)量較大，所以必須外擴(kuò)存儲器，才能夠真實反映出 整個動態(tài)過程的情況。
[0054] 通過對汽油機(jī)電子調(diào)速器大量的試驗研究，其結(jié)果表明：在設(shè)定汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速為 3000r/min條件下，該電子調(diào)速器的瞬時調(diào)速可達(dá)到5. 8%，穩(wěn)定時間可達(dá)到3. ls，均優(yōu)于 國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
[0055] 以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制， 凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于 本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種汽油機(jī)電子調(diào)速器，其特征在于：包括轉(zhuǎn)速采樣模塊（1)、數(shù)字控制器（2)、執(zhí)行 驅(qū)動模塊（3)和執(zhí)行器（4); 所述轉(zhuǎn)速采樣模塊（1)獲取當(dāng)前的轉(zhuǎn)速信號，對信號進(jìn)行數(shù)字化處理后送給數(shù)字控制 器⑵； 所述數(shù)字控制器（2)，在數(shù)字控制器（2)中利用PID數(shù)字控制算法對收到的信號進(jìn)行處 理，得到控制命令輸送給執(zhí)行驅(qū)動模塊（3); 所述執(zhí)行驅(qū)動模塊（3)根據(jù)控制命令驅(qū)動執(zhí)行器（4)執(zhí)行控制命令； 所述執(zhí)行器（4)控制汽油機(jī)（5)的節(jié)氣門，從而對汽油機(jī)（5)的輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2. 按照權(quán)利要求1所述一種汽油機(jī)電子調(diào)速器，其特征在于：所述PID數(shù)字控制算法 公式如下： Λ U ⑴=K，盧⑴ +K，p [e ⑴-e (i-1) ] +K，d [e ⑴ +e (i-2) -2e (i-1)] 式中，e(i)表示當(dāng)前轉(zhuǎn)速與設(shè)定值之差；表示比例系數(shù)，e⑴-e(i-l)表示當(dāng)前轉(zhuǎn) 速與前一次轉(zhuǎn)速之差，反映速度的變化快慢；6(1)+6(卜2)-26(卜1)轉(zhuǎn)速的加速度；^以1) 為輸出的控制增量，數(shù)值的大小表示當(dāng)次計算需要調(diào)節(jié)的量，當(dāng)值為正時，表示需要關(guān)小節(jié) 氣門；當(dāng)值為負(fù)時，表示要開大節(jié)氣門，由于汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，速度的變化快慢以及加速 度的變化可以忽略不計，故取積分系數(shù)K' p、微分系數(shù)K'D為零。
3. 按照權(quán)利要求1所述一種汽油機(jī)電子調(diào)速器的控制電路，其特征在于：由AT89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)以及外圍電路組成；外圍電路包括輸入信號整形電路、轉(zhuǎn)速采用電路以及 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路； 汽油機(jī)（5)的輸出轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)過輸入信號整形電路的運算放大器進(jìn)行放大、光電耦 合器對其整形后，隔離干擾信號后，再經(jīng)過非門電路，慮去負(fù)半周期的信號，作為單片機(jī)最 小系統(tǒng)的輸入信號，單片機(jī)最小系統(tǒng)對輸入的信號通過PID數(shù)字控制算法進(jìn)行計算，經(jīng)過 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)的控制，進(jìn)而實現(xiàn)汽油機(jī)（5)節(jié)氣門以及轉(zhuǎn)速 的控制。
4. 按照權(quán)利要求3所述一種汽油機(jī)電子調(diào)速器的控制電路，其特征在于：所述單片機(jī) 最小系統(tǒng)包括AT89C51單片機(jī)，晶振電路和復(fù)位電路，晶振電路中的晶振即石英晶體振蕩 器，是用來產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率，通過基準(zhǔn)頻率來控制電路中頻率的準(zhǔn)確性，同時，它還可產(chǎn)生振 蕩電流，向單片機(jī)發(fā)出時鐘信號，電路中電容C1和C2選擇為30pF，晶振頻率為12MHz，復(fù)位 電路采用手動按鍵復(fù)位。
5. 按照權(quán)利要求3所述一種汽油機(jī)電子調(diào)速器的控制電路，其特征在于：所述信號整 形電路對汽油機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)過運算放大器進(jìn)行放大、光電耦合器對齊整形后的信 號進(jìn)行隔離，去掉電路中的干擾信號。
【文檔編號】F02D1/02GK104100382SQ201410294554
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】陳燕慧 申請人:臨沂大學(xué)