專利名稱：帶有預(yù)測(cè)功能的內(nèi)燃機(jī)測(cè)控系統(tǒng)及測(cè)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種內(nèi)燃機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，特別是帶有預(yù)測(cè)功能的內(nèi)燃機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。
(二)
背景技術(shù)：
目前，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)測(cè)控系統(tǒng)是對(duì)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的一種檢測(cè)與控制，
如專利申請(qǐng)?zhí)枮?9109239.0 ，名稱為"內(nèi)燃機(jī)電腦綜合檢測(cè)控制儀"的專利 文件中記載的技術(shù)方案等，這些測(cè)控系統(tǒng)僅僅是一種數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與顯示，在實(shí)驗(yàn) 室進(jìn)行試驗(yàn)室，往往要使內(nèi)燃機(jī)工作在極限狀態(tài)以研究較寬范圍的內(nèi)燃機(jī)特性， 此時(shí)便需要一種帶有預(yù)測(cè)功能的測(cè)控系統(tǒng)，以避免對(duì)內(nèi)燃機(jī)造成損壞。目前還沒 有檢索到關(guān)于帶有預(yù)測(cè)功能的內(nèi)燃機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的有關(guān)報(bào)道。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以避免極限試驗(yàn)過程中對(duì)內(nèi)燃機(jī)造成破壞的 帶有預(yù)測(cè)功能的內(nèi)燃機(jī)測(cè)控系統(tǒng)及測(cè)控方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的包括安裝在內(nèi)燃機(jī)的相應(yīng)位置上的傳感器2， 傳感器連接信號(hào)采集裝置3，信號(hào)采集裝置3和預(yù)測(cè)周期設(shè)置單元5接入工控機(jī) 4，工控機(jī)4的輸出連接參數(shù)顯示單元6和執(zhí)行器7,執(zhí)行器7和機(jī)旁操作臺(tái)8 一起輸入內(nèi)燃機(jī)l。
本發(fā)明還可以包括
1、 工控機(jī)4由信號(hào)調(diào)理單元41、信號(hào)預(yù)測(cè)單元42、數(shù)據(jù)處理單元43組成， 信號(hào)采集裝置3輸入信號(hào)調(diào)理單元41，預(yù)測(cè)周期設(shè)置單元5接入信號(hào)預(yù)測(cè)單元 42，信號(hào)調(diào)理單元41的輸出接入信號(hào)預(yù)測(cè)單元42和數(shù)據(jù)處理單元43，信號(hào)預(yù) 測(cè)單元42的輸出接入數(shù)據(jù)處理單元43，所述的工控機(jī)4的輸出是指數(shù)據(jù)處理單 元43的輸出。
2、 所述的參數(shù)顯示單元6包括實(shí)時(shí)參數(shù)顯示單元61和預(yù)測(cè)參數(shù)顯示單元62。
3、所述的安裝在內(nèi)燃機(jī)的相應(yīng)位置上的傳感器2包括測(cè)量內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和增 壓器的轉(zhuǎn)速傳感器，測(cè)量環(huán)境壓力、滑油壓力和進(jìn)氣壓力等壓力信號(hào)的壓力傳感 器，測(cè)量環(huán)境溫度、進(jìn)氣溫度、滑油溫度和排氣溫度等的溫度傳感器，測(cè)量油耗 的傳感器。
本發(fā)明的測(cè)控方法步驟包括-
步驟101對(duì)參數(shù)進(jìn)行初始化，N是指用以建立灰色模型的數(shù)據(jù)數(shù)，默認(rèn)設(shè)置 為5， K參數(shù)用以判斷是否有足夠的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色建模；
步驟102將K與N進(jìn)行比較，判斷是否有足夠的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色建模，當(dāng)K<N 時(shí)執(zhí)行步驟111，當(dāng)K>=N時(shí)執(zhí)行步驟103;
執(zhí)行步驟lll對(duì)傳感器數(shù)據(jù)采集，然后由步驟112對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，之后將 數(shù)據(jù)通過步驟113實(shí)時(shí)顯示出來，然后步驟114對(duì)K值進(jìn)行自增運(yùn)算返回步驟 102進(jìn)行判斷；
步驟103對(duì)傳感器數(shù)據(jù)采集，然后由步驟104對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，通過步驟 105讀取設(shè)置預(yù)測(cè)時(shí)間標(biāo)志位，如果不需要更改預(yù)測(cè)時(shí)間，執(zhí)行步驟106，如果 需要更改預(yù)測(cè)時(shí)間，執(zhí)行步驟121進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)間設(shè)置，然后返回執(zhí)行步驟106;
步驟106判斷數(shù)據(jù)是否為波動(dòng)數(shù)據(jù)，如果是波動(dòng)數(shù)據(jù)執(zhí)行步驟131選擇殘差 模型，然后執(zhí)行步驟108進(jìn)行預(yù)測(cè)；如果不是波動(dòng)數(shù)據(jù)執(zhí)行步驟107選擇普通灰 色模型，然后執(zhí)行步驟108進(jìn)行預(yù)測(cè)；
執(zhí)行完步驟108后通過步驟109進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，然后返 回步驟103進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
本發(fā)明編制預(yù)測(cè)程序，并將該程序嵌入工控機(jī)的測(cè)控軟件中，使得該測(cè)控系 統(tǒng)在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的同時(shí)，能夠預(yù)測(cè)下一周期的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明可以根據(jù)預(yù)測(cè)目的與要求的不同可以設(shè)置預(yù)測(cè)周期的長短，但最少為 一個(gè)采樣周期，而且預(yù)測(cè)周期的設(shè)置必須為數(shù)據(jù)采集周期的整數(shù)倍。
本測(cè)控系統(tǒng)包括一個(gè)機(jī)旁操作臺(tái)，試驗(yàn)人員可以通過這個(gè)操作臺(tái)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、 加減負(fù)荷、緊急停車等功能。
本測(cè)控系統(tǒng)中包括實(shí)時(shí)參數(shù)顯示功能和預(yù)測(cè)參數(shù)顯示功能，對(duì)于重要的運(yùn)行 參數(shù)在進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示的同時(shí)還要進(jìn)行預(yù)測(cè)顯示，以掌握內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行趨勢(shì)，及時(shí)
做出相應(yīng)的調(diào)整。
本發(fā)明的有益效果是，在實(shí)時(shí)顯示內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行參數(shù)的同時(shí)，預(yù)測(cè)設(shè)定周期后 的參數(shù)，從而避免極限試驗(yàn)時(shí)對(duì)內(nèi)燃機(jī)造成的破壞。同時(shí)，通過此測(cè)控系統(tǒng)可以 實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的預(yù)測(cè)控制。
(四)


圖l是本發(fā)明的裝置組成框圖。 圖2是本發(fā)明的測(cè)控流程圖。 圖3是本發(fā)明參數(shù)預(yù)測(cè)流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
結(jié)合圖1，帶有預(yù)測(cè)功能的內(nèi)燃機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的組成包括安裝在內(nèi)燃機(jī)的相應(yīng) 位置上的傳感器2，傳感器連接信號(hào)采集裝置3，信號(hào)采集裝置3和預(yù)測(cè)周期設(shè) 置單元5接入工控機(jī)4，工控機(jī)4的輸出連接參數(shù)顯示單元6和執(zhí)行器7，執(zhí)行 器7和機(jī)旁操作臺(tái)8—起輸入內(nèi)燃機(jī)1。所述的工控機(jī)4由信號(hào)調(diào)理單元41、信 號(hào)預(yù)測(cè)單元42、數(shù)據(jù)處理單元43組成，信號(hào)采集裝置3輸入信號(hào)調(diào)理單元41， 預(yù)測(cè)周期設(shè)置單元5接入信號(hào)預(yù)測(cè)單元42，信號(hào)調(diào)理單元41的輸出接入信號(hào)預(yù) 測(cè)單元42和數(shù)據(jù)處理單元43，信號(hào)預(yù)測(cè)單元42的輸出接入數(shù)據(jù)處理單元43， 所述的工控機(jī)4的輸出是指數(shù)據(jù)處理單元43的輸出。所述的參數(shù)顯示單元6包 括實(shí)時(shí)參數(shù)顯示單元61和預(yù)測(cè)參數(shù)顯示單元62。
傳感器2包括測(cè)量內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和增壓器的轉(zhuǎn)速傳感器，測(cè)量環(huán)境壓力、滑 油壓力和進(jìn)氣壓力等壓力信號(hào)的壓力傳感器，測(cè)量環(huán)境溫度、進(jìn)氣溫度、滑油溫 度和排氣溫度等的溫度傳感器，測(cè)量油耗的傳感器。信號(hào)采集裝置3包括NI 公司的數(shù)據(jù)采集卡PCI6225及其前信號(hào)預(yù)處理電路。顯示單元6采用數(shù)碼管進(jìn)行 顯示，包括數(shù)碼管及其驅(qū)動(dòng)電路(包括單片機(jī)，三極管，限流電阻等)。
本測(cè)控系統(tǒng)首先將脈沖信號(hào)、電流信號(hào)這些非電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然 后釆用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換(選用奪路模擬開關(guān)，循環(huán)轉(zhuǎn)換)，將各種信號(hào)均轉(zhuǎn) 換為數(shù)學(xué)信號(hào)。
結(jié)合附圖2說明本發(fā)明測(cè)控系統(tǒng)的具體步驟步驟101對(duì)參數(shù)進(jìn)行初始化，
N是指用以建立灰色模型的數(shù)據(jù)數(shù)，默認(rèn)設(shè)置為5 (灰色建模的最小數(shù)據(jù)數(shù))，K 參數(shù)用以判斷是否有足夠的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色建模。步驟102將K與N進(jìn)行比較， 判斷是否有足夠的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色建模，當(dāng)K<N時(shí)執(zhí)行步驟111，當(dāng)K>=N時(shí)執(zhí) 行步驟103。
執(zhí)行步驟lll對(duì)傳感器數(shù)據(jù)采集，然后由步驟112對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，之后將 數(shù)據(jù)通過步驟113實(shí)時(shí)顯示出來，然后步驟114對(duì)K值進(jìn)行自增運(yùn)算返回步驟 102進(jìn)行判斷。
步驟103對(duì)傳感器數(shù)據(jù)采集，然后由步驟104對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，通過步驟 105讀取設(shè)置預(yù)測(cè)時(shí)間標(biāo)志位，如果不需要更改預(yù)測(cè)時(shí)間，執(zhí)行步驟106，如果 需要更改預(yù)測(cè)時(shí)間，執(zhí)行步驟121進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)間設(shè)置，然后返回執(zhí)行步驟106。 步驟106判斷數(shù)據(jù)是否為波動(dòng)數(shù)據(jù)，如果是波動(dòng)數(shù)據(jù)執(zhí)行步驟131選擇殘差模型， 然后執(zhí)行步驟108進(jìn)行預(yù)測(cè);如果不是波動(dòng)數(shù)據(jù)執(zhí)行步驟107選擇普通灰色模型， 然后執(zhí)行步驟108進(jìn)行預(yù)測(cè)。執(zhí)行完步驟108后通過步驟109進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示 和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示。然后返回步驟103進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
結(jié)合附圖3說明參數(shù)預(yù)測(cè)步驟步驟201對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次累加生成， 然后通過步驟202構(gòu)造出數(shù)組矩陣，通過步驟203構(gòu)造出數(shù)據(jù)向量，步驟204根 據(jù)數(shù)組矩陣和數(shù)據(jù)向量計(jì)算出模型參數(shù)列。步驟205判斷是否采用殘差模型，如 果選用殘差模型，則通過步驟211將殘差項(xiàng)引入灰色模型，并返回到步驟206; 如果不選用殘差模型，則直接進(jìn)入步驟206。步驟206根據(jù)建立模型計(jì)算下一時(shí) 刻數(shù)值，然后步驟207對(duì)得到數(shù)據(jù)進(jìn)行累減生成，從而得到預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，程序結(jié)束。
本發(fā)明的主要內(nèi)容是將灰色系統(tǒng)理論應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)的試驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)中，使該 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)運(yùn)行參數(shù)的預(yù)測(cè)。理論基礎(chǔ)為灰色系統(tǒng)理論，應(yīng)用到其中的GM 模型預(yù)測(cè)方法。
權(quán)利要求
1、一種帶有預(yù)測(cè)功能的內(nèi)燃機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，包括安裝在內(nèi)燃機(jī)的相應(yīng)位置上的傳感器(2)，其特征是傳感器連接信號(hào)采集裝置(3)，信號(hào)采集裝置(3)和預(yù)測(cè)周期設(shè)置單元(5)接入工控機(jī)(4)，工控機(jī)(4)的輸出連接參數(shù)顯示單元(6)和執(zhí)行器(7)，執(zhí)行器(7)和機(jī)旁操作臺(tái)(8)一起輸入內(nèi)燃機(jī)(1)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的帶有預(yù)測(cè)功能的內(nèi)燃機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，其特征是工 控機(jī)(4)由信號(hào)調(diào)理單元(41)、信號(hào)預(yù)測(cè)單元(42)、數(shù)據(jù)處理單元(43)組成，信號(hào) 采集裝置(3)輸入信號(hào)調(diào)理單元(41)，預(yù)測(cè)周期設(shè)置單元(5)接入信號(hào)預(yù)測(cè)單元 (42)，信號(hào)調(diào)理單元(41)的輸出接入信號(hào)預(yù)測(cè)單元(42)和數(shù)據(jù)處理單元(43)，信 號(hào)預(yù)測(cè)單元(42)的輸出接入數(shù)據(jù)處理單元(43)，所述的工控機(jī)(4)的輸出是指數(shù)據(jù) 處理單元(43)的輸出。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶有預(yù)測(cè)功能的內(nèi)燃機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，其特征是 所述的參數(shù)顯示單元(6)包括實(shí)時(shí)參數(shù)顯示單元(61)和預(yù)測(cè)參數(shù)顯示單元(62)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶有預(yù)測(cè)功能的內(nèi)燃機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，其特征是 所述的安裝在內(nèi)燃機(jī)的相應(yīng)位置上的傳感器(2)包括測(cè)量內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和增壓器 的轉(zhuǎn)速傳感器，測(cè)量環(huán)境壓力、滑油壓力和進(jìn)氣壓力等壓力信號(hào)的壓力傳感器， 測(cè)量環(huán)境溫度、進(jìn)氣溫度、滑油溫度和排氣溫度等的溫度傳感器，測(cè)量油耗的 傳感器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有預(yù)測(cè)功能的內(nèi)燃機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，其特征是所 述的安裝在內(nèi)燃機(jī)的相應(yīng)位置上的傳感器(2)包括測(cè)量內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和增壓器的 轉(zhuǎn)速傳感器，測(cè)量環(huán)境壓力、滑油壓力和進(jìn)氣壓力等壓力信號(hào)的壓力傳感器， 測(cè)量環(huán)境溫度、進(jìn)氣溫度、滑油溫度和排氣溫度等的溫度傳感器，測(cè)量油耗的 傳感器。
6、 一種帶有預(yù)測(cè)功能的內(nèi)燃機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)控方法，其特征是步驟101對(duì)參數(shù)進(jìn)行初始化，N是指用以建立灰色模型的數(shù)據(jù)數(shù)，默認(rèn)設(shè) 置為5， K參數(shù)用以判斷是否有足夠的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色建模；步驟102將K與N進(jìn)行比較，判斷是否有足夠的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色建模，當(dāng) K<N時(shí)執(zhí)行步驟111，當(dāng)K>=N時(shí)執(zhí)行步驟103;執(zhí)行步驟111對(duì)傳感器數(shù)據(jù)采集，然后由步驟112對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，之后 將數(shù)據(jù)通過步驟113實(shí)時(shí)顯示出來，然后步驟114對(duì)K值進(jìn)行自增運(yùn)算返回步 驟102進(jìn)行判斷；步驟103對(duì)傳感器數(shù)據(jù)采集，然后由步驟104對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，通過步驟 105讀取設(shè)置預(yù)測(cè)時(shí)間標(biāo)志位，如果不需要更改預(yù)測(cè)時(shí)間，執(zhí)行步驟106，如果 需要更改預(yù)測(cè)時(shí)間，執(zhí)行步驟121進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)間設(shè)置，然后返回執(zhí)行步驟106;步驟106判斷數(shù)據(jù)是否為波動(dòng)數(shù)據(jù)，如果是波動(dòng)數(shù)據(jù)執(zhí)行步驟131選擇殘 差模型，然后執(zhí)行步驟108進(jìn)行預(yù)測(cè)；如果不是波動(dòng)數(shù)據(jù)執(zhí)行步驟107選擇普 通灰色模型，然后執(zhí)行步驟108進(jìn)行預(yù)測(cè)；執(zhí)行完步驟108后通過步驟109進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，然后 返回步驟103進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種帶有預(yù)測(cè)功能的內(nèi)燃機(jī)測(cè)控系統(tǒng)及測(cè)控方法。包括安裝在內(nèi)燃機(jī)的相應(yīng)位置上的傳感器(2)，傳感器連接信號(hào)采集裝置(3)，信號(hào)采集裝置(3)和預(yù)測(cè)周期設(shè)置單元(5)接入工控機(jī)(4)，工控機(jī)(4)的輸出連接參數(shù)顯示單元(6)和執(zhí)行器(7)，執(zhí)行器(7)和機(jī)旁操作臺(tái)(8)一起輸入內(nèi)燃機(jī)(1)。本發(fā)明的有益效果是，在實(shí)時(shí)顯示內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行參數(shù)的同時(shí)，預(yù)測(cè)設(shè)定周期后的參數(shù)，從而避免極限試驗(yàn)時(shí)對(duì)內(nèi)燃機(jī)造成的破壞。同時(shí)，通過此測(cè)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的預(yù)測(cè)控制。
文檔編號(hào)G05B19/408GK101183256SQ20071014475
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月6日
發(fā)明者劉小玲, 杜劍維, 楊傳雷, 王賀春, 王銀燕, 凡 石 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)