柴油發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速策略

唐文科

（蒙江水力發(fā)電總廠，貴州 都勻558000）

1 工作流程

1.1 電控系統(tǒng)工作流程

一般柴油機(jī)的電控系統(tǒng)的工作流程主要有如下3個(gè)步驟。第一，在柴油機(jī)內(nèi)部存在數(shù)量眾多的傳感器，當(dāng)模擬信號(hào)被傳感器所接收時(shí)，傳感器會(huì)對(duì)其進(jìn)行合理的分析與處理，并通過(guò)系統(tǒng)自帶的A/D 轉(zhuǎn)換模式來(lái)把模擬量轉(zhuǎn)換至數(shù)字量，這樣信號(hào)就能夠被整個(gè)系統(tǒng)所識(shí)別，并傳輸至電控系統(tǒng)的控制器模塊中，也就是人們所俗稱的調(diào)速器。第二，在控制器模塊接收到經(jīng)過(guò)處理的數(shù)字信號(hào)后，就會(huì)將其與既定的MAP 圖中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對(duì)比，如若二者保持一致，那么就說(shuō)明這樣的控制狀態(tài)是可行的，并繼續(xù)保持；如若二者之間出現(xiàn)了一定的差異，那么控制器模塊根據(jù)所預(yù)設(shè)的算法來(lái)進(jìn)行計(jì)算，得出最佳的控制方式，并對(duì)現(xiàn)有的控制方向進(jìn)行合理的調(diào)整，從而使數(shù)字信息能夠符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的理想化運(yùn)轉(zhuǎn)。第三，控制器模塊在設(shè)置目標(biāo)轉(zhuǎn)速完畢之后，會(huì)將其中的控制信號(hào)傳輸至電控系統(tǒng)的執(zhí)行器模塊，后者會(huì)對(duì)這類控制信號(hào)進(jìn)行分析與處理，進(jìn)而獲取最佳噴油時(shí)間以及噴油數(shù)量。一般在傳統(tǒng)的電控系統(tǒng)中，執(zhí)行器模塊并未屬于既定的理想狀態(tài)，故而還需要采取合理的措施來(lái)對(duì)這一部分進(jìn)行優(yōu)化與改良。在完成噴油之后，電控系統(tǒng)會(huì)將最終的輸出轉(zhuǎn)變?yōu)椴裼蜋C(jī)的轉(zhuǎn)速，并將輸出情況傳輸至控制器模塊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

1.2 柴油發(fā)電機(jī)組工作流程

當(dāng)電控系統(tǒng)完成轉(zhuǎn)速的輸出之后，柴油發(fā)電機(jī)組會(huì)根據(jù)其中的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)讓同步電機(jī)中的連桿曲軸完成轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電能的產(chǎn)生。在同步電機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，其中有一個(gè)固定的定子位置，就會(huì)出現(xiàn)并不固定的電樞磁場(chǎng)，而與其同步轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸轉(zhuǎn)子就會(huì)對(duì)磁感線不停地進(jìn)行切割，進(jìn)而出現(xiàn)三相感應(yīng)電流，一般三相感應(yīng)電流之間的電能差值為120 度。由于其中存在一定的電勢(shì)差，高電勢(shì)中的電流會(huì)自動(dòng)流入低電勢(shì)中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)給負(fù)載方向輸出相應(yīng)電能的目的。由于柴油機(jī)必須根據(jù)同步電機(jī)的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)才能夠產(chǎn)生一定的電能，因此就對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性有著較高的要求，必須要足夠穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速才能夠確保所輸出的三相交流電的效果。圖1 為柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電的工作流程圖。

圖1 柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電的工作流程圖

2 柴油發(fā)電機(jī)組所存在的問(wèn)題

當(dāng)前柴油機(jī)在市面上有著較為廣泛的應(yīng)用，這主要是由于其電子控制系統(tǒng)具備較為突出的優(yōu)勢(shì)，已取代了傳統(tǒng)的模擬電路控制系統(tǒng)以及機(jī)械式控制系統(tǒng)。但同時(shí)，該控制系統(tǒng)也存在一定的問(wèn)題，需要對(duì)其深入的探討，不斷地對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化與改良，使其能夠逐漸適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)的快速發(fā)展。

第一，在柴油發(fā)電機(jī)組中，對(duì)其進(jìn)行控制的中樞便是柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)，其主要任務(wù)便是確保柴油發(fā)電機(jī)組各個(gè)部位能夠始終以最佳的狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。由于柴油發(fā)電機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)數(shù)量眾多的不確定擾動(dòng)，所以給柴油機(jī)的正常使用帶來(lái)了一定程度的影響。目前，現(xiàn)代控制策略雖然已經(jīng)逐漸被柴油機(jī)電控系統(tǒng)所結(jié)合，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中想要實(shí)現(xiàn)其作用較為困難，因此只能沿用傳統(tǒng)的PID 控制策略，相比之下還有著較大的完善與改進(jìn)空間。

第二，在柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)中，主要是以單片機(jī)為核心所構(gòu)建的一個(gè)微控制系統(tǒng)。這類微控制系統(tǒng)都具備一個(gè)共性，那就是其可靠程度無(wú)法滿足相關(guān)的要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，無(wú)法達(dá)到理想狀態(tài)，可能會(huì)面臨來(lái)自信號(hào)丟失、電磁干擾等困境。相比之下，傳統(tǒng)機(jī)械式控制器就不會(huì)遇到這樣的問(wèn)題。因此，應(yīng)當(dāng)采取合理的措施來(lái)對(duì)控制電路進(jìn)行優(yōu)化與改良，讓其能夠?qū)Ω黝愲姶潘斐傻母蓴_進(jìn)行有效的抵抗，這樣才能夠最大化地保證柴油發(fā)電機(jī)組的順利運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 維持柴油發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的策略

3.1 采取模糊控制，優(yōu)化控制器結(jié)構(gòu)

通過(guò)對(duì)相關(guān)實(shí)踐資料進(jìn)行研究分析發(fā)現(xiàn)，大部分柴油發(fā)電機(jī)組的電控系統(tǒng)存在或多或少的抖振現(xiàn)象，會(huì)嚴(yán)重影響電控系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這主要是因?yàn)殡娍叵到y(tǒng)的控制并不連貫。因此，僅僅依靠電控系統(tǒng)自身對(duì)控制規(guī)律進(jìn)行改變是無(wú)法將抖振現(xiàn)象徹底消除的，必須要采取人工干預(yù)的措施來(lái)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化與改良。通過(guò)模糊控制算法，來(lái)對(duì)控制器模塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)的合理控制，自主對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。模糊控制主要是一種在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)下的智能控制系統(tǒng)，在建立其控制模型時(shí)，往往對(duì)于系統(tǒng)的模型精確程度要求較低。在這樣的背景之下，模糊控制會(huì)給系統(tǒng)一系列的模糊策略，系統(tǒng)也能夠?qū)ψ陨淼南鄳?yīng)控制方向進(jìn)行設(shè)定。因?yàn)槟：刂扑邆涞奶攸c(diǎn)，使得控制器模塊的精度得到了較低，讓原有的滑模變結(jié)構(gòu)在到達(dá)滑模面時(shí)會(huì)自主轉(zhuǎn)換成模糊控制，能夠有效降低抖振所產(chǎn)生的影響。要想明確這一策略是否可行，就必須在模糊控制所提供的最佳控制函數(shù)前提之下，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定程度進(jìn)行驗(yàn)證。主要是采取了Lyapunov 這一法則來(lái)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行證明，如果系統(tǒng)屬于正定或半正定狀態(tài)，那么該系統(tǒng)的穩(wěn)定性相對(duì)較低；如果系統(tǒng)屬于負(fù)定狀態(tài)，那么該系統(tǒng)的穩(wěn)定性相對(duì)較高；如果系統(tǒng)屬于半負(fù)定狀態(tài)，那么該系統(tǒng)的穩(wěn)定性折中。證明的流程如下。

3.2 優(yōu)化執(zhí)行器模塊

要想最大化地提升柴油發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速，不能夠單單依靠控制器模塊的作用，其中執(zhí)行器模塊也起到了至關(guān)重要的作用。在柴油機(jī)執(zhí)行器模塊中，燃油噴射系統(tǒng)的執(zhí)行模塊最為關(guān)鍵，因此應(yīng)當(dāng)優(yōu)化與改進(jìn)柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)。這樣不但能夠有效促進(jìn)柴油機(jī)的良好發(fā)展，還能夠在柴油機(jī)全面負(fù)荷的狀態(tài)之下合理控制噴油壓力以及噴油規(guī)律。當(dāng)前一般采取高壓共軌式燃油噴射系統(tǒng)，能夠有效提升燃油噴射的功率與壓力，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在柴油發(fā)電機(jī)組執(zhí)行器模塊中，主要采取了高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)，雖然具備較大的優(yōu)勢(shì)，但其中同樣存在一定的問(wèn)題。由于高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)對(duì)于核心硬件部分有著極高的要求，必須要依賴于高超的制造技術(shù)，當(dāng)前掌握這類的技術(shù)的企業(yè)主要包括日本DENSO 企業(yè)、德國(guó)BOSCH 企業(yè)以及我國(guó)的遼寧新風(fēng)集團(tuán)，因此要想做到在全國(guó)范圍內(nèi)的推廣與普及，還有很長(zhǎng)一段路要走。同時(shí)，在噴油控制策略方面還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行優(yōu)化，如噴油時(shí)間、噴油數(shù)量以及噴油次數(shù)都還需要改進(jìn)。

4 結(jié) 論

目前，柴油發(fā)電機(jī)組在我國(guó)生產(chǎn)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。但柴油發(fā)電機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中很容易受到來(lái)自外來(lái)因素的干擾而降低其穩(wěn)定性。因此必須采取合理的措施，讓其有一個(gè)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，以確保柴油發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證人民群眾日常生產(chǎn)工作的質(zhì)量與效率。