發(fā)電機空燃比控制系統(tǒng)設(shè)計論文

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1空燃比控制系統(tǒng)組成

燃氣發(fā)電機組的空燃比控制系統(tǒng)主要由控制器、傳感器、燃氣閥、空氣閥、混合器等部分組成。

1.1傳感器系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)的采集

通過氧傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、進氣壓力傳感器等傳感器實現(xiàn)。氧傳感器是系統(tǒng)中重要的傳感器之一。在空燃比控制系統(tǒng)中，最常見的反饋參數(shù)是排氣中氧的含量，它直接反映出燃氣燃燒之后留下了多少氧氣。因為燃燒室內(nèi)大部分的氧氣，或者說所有的氧氣均來自于空氣，所以排氣氧含量是空燃比的直接反映。發(fā)動機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性對發(fā)電機組輸出交流電的頻率穩(wěn)定性影響較大，而頻率的穩(wěn)定性又是衡量發(fā)電機組輸出電能質(zhì)量的主要指標之一。轉(zhuǎn)速傳感器多為磁電式傳感器，安裝在凸輪軸上，由轉(zhuǎn)速傳感器內(nèi)的永磁體、線圈和發(fā)動機飛輪齒輪共同作用產(chǎn)生一個交流電壓信號，該信號經(jīng)采樣電阻和放大器處理后，輸入到控制器CPU內(nèi)。

1.2燃氣閥及空氣閥

燃氣閥及空氣閥是帶步進電機的電動調(diào)節(jié)閥，也是系統(tǒng)的執(zhí)行器。控制器利用PWM驅(qū)動步進電機，進而調(diào)節(jié)閥門開度。

1.3空燃比控制器空燃比控制器是空燃比控制的“大腦”。在本系統(tǒng)設(shè)計中，空燃比控制器基于DSP處理器設(shè)計，由檢測電路、空燃比控制電路和通訊接口電路等部分構(gòu)成。

2空燃比控制策略

在空燃比控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的控制目標是要使穩(wěn)態(tài)下空燃比的平均值在理想值附近，而且在突加突卸負載造成空燃比偏離理想值時，系統(tǒng)能迅速響應(yīng)，將空燃比控制在理想值附近。

2.1RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

整定PID控制策略在工業(yè)控制中，PID控制器應(yīng)用廣泛。由于發(fā)動機的空燃比受進入氣缸的空氣量轉(zhuǎn)速、負荷、溫度、氣體燃料噴射器的響應(yīng)速度和噴射精度等多種因素的影響，所以采用PID控制，根據(jù)反饋實時調(diào)整進氣量，使之達到精確控制。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種在生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的啟示下建立的數(shù)據(jù)處理模型。其中徑向基函數(shù)（RBF）模擬了人腦中局部調(diào)整相互覆蓋接受域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能以任意精度逼近任意非連續(xù)函數(shù)，是一種局部逼近網(wǎng)絡(luò)，收斂速度快。本設(shè)計采用并行控制策略來實現(xiàn)發(fā)動機空燃比的控制，前饋控制采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，反饋控制則采用PID控制器。前饋控制及時快速響應(yīng)，實現(xiàn)發(fā)動機的逆動態(tài)模型；反饋控制則保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，抑制干擾信號對系統(tǒng)的擾動。

2.2仿真實驗

本文采用MATLAB軟件Simulink工具箱進行燃氣發(fā)電機組空燃比控制系統(tǒng)仿真。燃氣發(fā)電機組空燃比控制系統(tǒng)采用常規(guī)PID控制的仿真，通過對比可以發(fā)現(xiàn)：在穩(wěn)態(tài)時，與常規(guī)PID相比，并行控制的穩(wěn)態(tài)誤差小，空燃比基本能穩(wěn)定在理論空燃比附近；在動態(tài)時，與常規(guī)PID相比，并行控制的超調(diào)量小，即使在加入干擾的情況下，超調(diào)量δp也可控制在20％以內(nèi)。

3結(jié)語

針對燃氣發(fā)電機組的空燃比控制，本文設(shè)計了一套采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和PID并行控制的控制系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)可有效提高燃氣發(fā)電機組的發(fā)電效率，改善燃氣發(fā)電機組的尾氣排放。

作者：洪霖 單位：東華大學(xué)