CN101982748A - 柴油发电机组运动件转动惯量的测试设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种柴油发电机组运动件转动惯量的测试设备及方法。包括转速信号整理模块、键盘输入模块、计算控制模块和显示模块；转速信号整理模块输入端与发动机的转速传感器相连，输出端连接在计算控制模块的脉冲计数接口；键盘输入模块的输出端与计算控制模块的P1.0～P1.6脚相连；计算控制模块的输入量是转速信号整理模块输出的转速脉冲信号和键盘输入单元的键盘指令信号，输出量信号为显示模块的控制指令；显示模块数据线与计算控制模块的P0口相连。利用柴油发电机组调速特性试验中，特定时间段内测得的转速变化数据或曲线，推算出机组的转动惯量。对一般的柴油发电机组运动系转动惯量的测定都是适用的。

Description

柴油发电机组运动件转动惯量的测试设备及方法

技术领域

本发明涉及的是一种测量装置，本发明也涉及一种测量方法，具体地说是一种柴油机发电机组回转运动轴系的总体转动惯量装置及测量方法。

背景技术

柴油机发电机组回转运动轴系的总体转动惯量是一个比较难以获得的结构参数。如何获得较为真实的机组转动惯量是一个常常困扰研究人员的问题。由于发动机曲轴、活塞、连杆等运动件的形状及运动规律复杂，曲柄连杆机构的往复运动惯性也要换算成当量的旋转运动惯性，因此机组整体的转动惯量的计算是比较困难的。现有的试验测定方法不是在测定的精度上不能令人满意，就是在测量方法上不易实现。有的测量方法不得不结合测发动机缸内压力测量求取。

柴油发电机组的运动系转动惯量的求取主要难点在于发动机运动系转动惯量的求取。目前发动机运动系转动惯量的求取方法主要有：计算法，附加质量法，停油减速法，瞬时转速法。国内、外发表了一些关于柴油机运动机构转动惯量的估算方法。如山东交通学院和山东大学于明进等，在国内学术期刊上介绍了一种发动机转动惯量的求法。该方法利用测缸内压力确定动力扭矩变化，进而确定转动惯量。与本发明相比，它没有利用发电机阻力扭矩变化的电信号特性，没有利用发动机调速控制过程的动力扭矩增加延迟特性，因而它与本发明相比，求取过程复杂，且可操作性差；国内，重庆长安汽车股份有限公司的蒲江等人的专利申请(申请号200910103865)《一种测试发动机转动惯量的三线摆扭摆周期测量仪》是关于发动机机体刚体转动惯量的测定，与本发明所涉及的问题完全不同，尽管在题目字面上容易造成混淆。类似的研究文章也有一些，均是研究发动机刚体转动惯量的测定技术。

柴油发电机组运动系的回转转动惯量是一个重要的结构参数，它在柴油发电机组的性能分析中有着重要的作用。如在柴油机发电机组的调速控制特性的模拟计算中，和在柴油发电机组的回转轴系扭转振动计算机模拟分析研究中，机组转动惯量参数都是必不可少的，它取值的真实程度直接影响仿真分析结果的正确性和实用价值。这是因为它的取值正确与否直接影响我们对被控对象所建立的数学模型的准确性。数学模型不准，分析的结果当然不可信。目前有些柴油发电机组调速动态过程模拟计算，仅仅用实测的某一过程的调速动态过程的速度响应曲线与仿真结果对比，看一致性如何，来验证模拟计算数学模型的准确性是不对的。速度响应的仿真计算结果与控制PID参数有关，由于柴油机与调速器的控制参数匹配不同，在转动惯量取值偏离实际值较大的情况下，通过适当的调整PID参数，仍能得到试验速度响应曲线与仿真结果比较吻合的情况。因此有效的估算出柴油发电机组的转动惯量，是保证仿真模型适用性和分析准确性的基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柴油发电机组运动件转动惯量的测试设备。本发明的目的还在于提供一种柴油发电机组运动件转动惯量的测试方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的柴油发电机组运动件转动惯量的测试设备包括转速信号整理模块、键盘输入模块、计算控制模块和显示模块；转速信号整理模块输入端与发动机的转速传感器相连，输出端连接在计算控制模块的80C196KB单片机的脉冲计数接口；键盘输入模块的输出端与计算控制模块的80C196KB单片机的P1口的P1.0～P1.6脚相连；计算控制模块的输入量是转速信号整理模块输出的转速脉冲信号和键盘输入单元的键盘指令信号，输出量信号为显示模块的控制指令，计算控制模块是以80C196KB单片机为核心的电路；显示模块为MSP-G240128DYSY-1N可编程显示模块，数据线与计算控制模块的80C196KB单片机P0口相连。

本发明的柴油发电机组运动件转动惯量的测试设备还有这样一些技术特征：

1、转速信号整理模块的转速信号处理电路为：电位器R5的两端分别连接转速传感器的两个输出线SPIN-和SPIN+上，其中一端SPIN-接地，电位器R5中间连接第三电容C3，第三电容C3的另一端连接第一电阻R1，第一电阻R1的另一端连接第二电阻R2、第一电容C1和三极管3DG6基极的公共端，第二电阻R2、第一电容C1的另一端接地，三极管3DG6的发射极接地，三极管3DG6的集电极经第三电阻R3接电源VCC，非门U14输入端接三极管3DG6集电极、输出端接第四电阻R4，第四电阻R4的另一端接三极管3DG6基极，二极管D1正极接地、负极接非门U14的输出端，非门U14的输出端接转速信号整理模块的输出线SPFB。

2、键盘输入模块电路组成为：第一、三、五、七、九按键开关S1、S3、S5、S7和S9的一端连接在I/O线P1.0上，P1.0还经第二十五电阻R25连接电源VCC，第二、四、六、八、十按键开关S2、S4、S6、S8和S10的一端连接在I/O线P1.1上，P1.1还经第二十六电阻R26连接电源VCC，第一按键开关S1的另一端与第二按键开关S2的另一端相连、并经第二十七电阻R27连接到I/O线P1.6上，第三按键开关S3的另一端与第四按键开关S4的另一端相连、并经第二十八电阻R28连接到I/O线P1.5上，第五按键开关S5的另一端与第六按键开关S6的另一端相连、并经第二十九电阻R29连接到I/O线P1.4上，第七按键开关S7的另一端与第八按键开关S8的另一端相连、并经第三十电阻R30连接到I/O线P1.3上，第九按键开关S9的另一端与第十按键开关S10的另一端相连、并经第三十一电阻R31连接到I/O线P1.2上。

3、控制计算模块的组成包括：80CX196BK单片机芯片U1、74LS138片选芯片U2、74LS373地址锁存芯片U11、存储芯片U12和复位芯片U6；80CX196BK单片机芯片U1的数据总线分别与74LS373地址锁存芯片U11、存储芯片U12的数据总线相连，复位芯片U6的第3脚与80CX196BK单片机芯片U1的第15脚相连，复位芯片U6的第1脚接地，复位芯片U6的第2脚电源，存储芯片U12的20脚与74LS138片选芯片U2的14脚相连，存储芯片U12的4脚5脚相连，74LS373地址锁存芯片U11的11脚与80CX196BK单片机芯片U1的62脚相连，74LS373地址锁存芯片U11的1脚接地，存储芯片U12的1脚、27脚接电源VCC，存储芯片U12的22脚与80CX196BK单片机芯片U1的61脚相接，80CX196BK单片机芯片U1的P1口的P1.0～P1.6脚与键盘输入模块的P1.0～P1.6引出线相连，80CX196BK单片机芯片U1的25脚与转速信号整理模块输出线相接，80CX196BK单片机芯片U1的D0～D7引脚与显示模块的接线端子的D0～D7脚相接，80CX196BK单片机芯片U1的晶振器CKY1的两端分别经第二电容C2和第五电容C5与地线相接、同时分别与80CX196BK单片机芯片U1的66和67脚相连，80CX196BK单片机芯片U1的1、13、37电源VCC，80CX196BK单片机芯片U1的2、3、12、14、36、43、64、68脚接地。

4、电源模块的核心器件是LM7805芯片U13，LM7805芯片U13的3脚接地，LM7805芯片U13的1脚接第十三二极管D13负极，LM7805芯片U13的2脚接电源模块的输出线VCC，第十三二极管D13的正极接+12V直流输入电源，第十三二极管D13的负极与地线之间并接有第八电容C8、第十二电容C12和第十三电容C13，LM7805芯片U13的输出线VCC与地线之间并联有第四电容C4、第六电容C6、第七电容C7、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11和第十四电容C14，电源模块的输入端和输出端共地。

本发明的柴油发电机组运动件转动惯量的测试方法为：

1、备车，即使柴油发电机组处于暖车后转速升至额定转速，将发动机的转速传感器与转动惯量的测试设备相连；

2、突加负载，在柴油发电机组的发电机上突加一个已知的、阶跃载荷；

3、瞬时转速测量，测量并记录柴油发电机组在突加负载过程中，在负载突变和调速器增加供油的共同作用下，转速由突降到回升到稳定的全过程瞬时转速；

4、负荷突加初始阶段的转速下降速率即角加速度的计算，角加速度

的计算公式为

其中：ω(t₁)，ω(t₂)分别为突加负荷导致的转速突降过程中、测量所选取的、角加速度最大的区间内、给定的两个时间点上的两个转速值；t₁、t₂分别转速ω(t₁)、ω(t₂)所对应的给定时间。

5、转动惯量的计算，首先计算出突加负荷扭矩的变化ΔM，利用公式

其中：N₁、N₂分别为突加负荷前和突加负荷后的发动机负荷；n_e为发动机工作转速，然后计算柴油发电机组的转动惯量，利用公式计算转动惯量。

所述在柴油发电机组的发电机上突加一个已知的、阶跃载荷是加60％额定负载。

本发明的方法利用柴油发电机组调速特性试验中，特定时间段内测得的转速变化数据或曲线，推算出机组的转动惯量。这一特定时间段就是负荷突加过程时间段。本发明的特点是：(1)在转动惯量的测量、分析中，利用了柴油发电机组调速动态控制过程的扭矩增量执行延迟的特性。(2)利用了发电机突加负荷时扭矩变化可通过电信号获取的特点。将本发明提出的转动惯量测试方法，编程成实用程序植入到为本发明所开发的硬件系统中，即可以测试柴油发电机组的转动惯量。利用本发明所提出的测试方法和本发明所开发的测试设备，对一般的柴油发电机组运动系转动惯量的测定都是适用的。

附图说明

图1是用调速特性实验曲线求取某柴油发电机组转动惯量的例子；

图2是本发明的柴油发电机组运动件转动惯量的测试设备的结构图；

图3是转速信号处理电路结构图；

图4是键盘输入模块电路结构图；

图5是控制计算模块电路结构图；

图6是显示模块接口电路结构图；

图7是电源电路结构图；

图8是转动惯量的计算分析程序结构框图；

图9是本发明实施过程系统联接图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

1.转动惯量测定方法及原理

i转动惯量测定方法：

柴油发电机组转动惯量的测量包括如下步骤：

①备车。即，使柴油发电机组处于暖车后转速升至额定转速，将发动机的转速传感器与本发明开发的转动惯量专用测量仪器相连，机组的试验电负载已接好。

②突加负载。在机组的发电机上突加一个已知的、阶跃载荷(如60％额定负载)。这一过程相当于在柴油发电机组的回转轴上加了一个已知的阶跃式的阻力扭矩。这个阶跃阻力扭矩将作为转动惯量计算的必备参数之一。

③瞬时转速测量。测量并记录柴油发电机组在突加负载过程中，在负载突变和调速器增加供油的共同作用下，转速由突降到回升到稳定的全过程瞬时转速，为识别和计算负荷突加初始阶段的转速下降速率做准备。

④负荷突加初始阶段的转速下降速率(角加速度)的计算。本发明所开发的转动惯量测试设备具有计算转速下降率(角加速度)的计算功能。其算法归纳如下：角加速度

的计算公式为

[ω(t₁)，ω(t₂)分别为突加负荷导致的转速突降过程中，测量所选取的，角加速度最大的区间内，给定的两个时间点上的两个转速值。t₁，t₂分别转速ω(t₁)，ω(t₂)所对应的给定时间]。另外，角加速度

的识别和计算也可采用作图法。如图1所示，图中给出了一个求取

的例子。在突加负荷调速特性曲线上作图。取负荷突加时发动机转速开始下降阶段，转速下降最快(曲线较陡)的一段做转速曲线的切线，这一切线的斜率就是要求的角加速度

求取

时可采用延长该切线的方法，在延长线上读取选定的两个点的转速和对应的时间，以减小读数误差，如图1所示。

的测定可在不同的负荷突加段上多次进行，据此算出对应的转动惯量，理论上每段上计算的转动惯量的结果应该是一致的，实际测定、计算中可取多次获得的转动惯量结果的均值。例如，在图1的例子中就进行了两次转动惯量的测量计算，分别对应的是突加负荷0％～60％的过程和负荷突加60％～100％过程，最终的转动惯量取两次计算结果的均值。

⑤转动惯量的计算。首先计算出图加负荷扭矩的变化ΔM，利用公式

(其中，N₁，N₂分别为突加负荷前和突加负荷后的发动机负荷；n_e为发动机工作转速)。然后计算柴油发电机组的转动惯量，利用公式计算转动惯量。上述过程在本发明所开发的测试仪器中，由控制计算单元完成。

ii转动惯量测定原理：

柴油发电机组的扭矩增量、转动惯量和角加速度之间的关系可表示为：

$J\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{\ΔM}---\left(1\right)$

其中：J为转动惯量，ω为角速度，ΔM为动力扭矩和阻力扭矩的差值。

这样转动惯量可以归纳成扭矩增量ΔM和单位时间转速增量(角加速度)

的函数

$J=f(\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}},\mathrm{\ΔM})---\left(2\right)$

一般来说，

是比较容易通过实验测得，而ΔM的获得则是较困难的。ΔM是动力扭矩和阻力扭矩只差，由于发动机的动力扭矩与发动机缸内的燃烧过程有关，而缸内燃烧参数不易获得，因此真实的动力扭矩通过测量缸内而获得是比较难的。阻力扭矩主要是负载扭矩和摩擦扭矩。摩擦扭矩是随发动机的转速变化和机体温度变化而变化的，不易得到确定值。因此，通过分别求动力扭矩和阻力扭矩的方法不易得到ΔM。但在柴油发电机组在调速实验过程中，有一个短暂的时间段，ΔM是可以估算的，这就是突加负荷的瞬间。此时，负载扭矩阶跃式的增加，机组转速迅速下降，调速器开始增加供油以恢复工作转速。但动力扭矩并没有立刻发生改变。因为从调速器感知到转速下降，开始给出增加供油控制信号，到柴油机缸内燃烧压力的增加，形成动力扭矩增加，要有一个时间间隔。影响这个时间间隔的大小的因素主要有，调速系统执行机构的响应时间常数、执行机构的传动连接间隙、发火间隔时间，缸内燃烧过程到缸内压力产生，进而产生动力扭矩所用的时间。由于在这一短暂过程，发动机的转速和温度也未发生大的变换，所以摩擦扭矩也基本没有变化。这样在突加负荷的初始阶段，ΔM可以由下式求得，

$\mathrm{\ΔM}=\frac{N_1-N_2}{n_e\·2\mathrm{\π}/60}---\left(3\right)$

其中：N₁，N₂分别为突加负荷前和突加负荷后的发动机负荷；n_e为发动机工作转速。

$J\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{\ΔM}---\left(4\right)$

而转动惯量可以由下式求得：

$J=\frac{\mathrm{\ΔM}}{\mathrm{d\ω}/\mathrm{dt}}---\left(5\right)$

在测量实验过程中，数据采集阶段要求：要求采集柴油发电机组做调速特性试验时，从负荷突加导致机组转速突降，到在调速器控制下，转速恢复稳定这一过程的瞬时转速值及对应的时间值，特别是转速突降初始阶段的转速值及对应的时间值。

测量实验数据后处理方法：将采集的转速及对应的时间做如下处理，

$\frac{\mathrm{\ω}\left(t_1\right)-\mathrm{\ω}\left(t_0\right)}{t_1-t_0}=\frac{\mathrm{\Δ\ω}}{\mathrm{\Δt}}\≈\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}}---\left(6\right)$

其中：ω(t₁)，ω(t₂)分别为突加负荷导致的转速突降过程中，测量所选取的，转速在单位时间内变化最大两点的转速值。

t₁，t₂分别转速ω(t₁)，ω(t₂)所对应的时时间值。

由公式(6)得出转速的加速度变化值。

通过读取给定的突加负荷前的负荷值(N₁)和突加负荷后的负荷值(N₂)，按公式(3)得出ΔM，经公式(5)计算出转动惯量J值。

iii测量误差分析

从计算的过程来看，显然此方法是建立在如下几个假设条件基础上的。a.测试过程中在突加负荷的瞬间发柴油发电机组的摩擦阻力扭矩不变。b.测试过程中在突加负荷的瞬间发动机的动力扭矩不变。c.测试过程中在突加负荷的瞬间发动机曲轴上作用扭矩的增量ΔM全部来自发电机的负载突变。这些假设条件合理与否，将成为下一步误差分析的主要依据。转动惯量测算的误差因素主要有以下几个方面。

①摩擦阻力扭矩变化导致的误差

一般来说，柴油发电机组的摩擦阻力扭矩的大小一方面与发动机的转速有关，另一方面摩擦阻力矩还受到发动机机体温度变化的影响。首先看发动机转速变化的影响，发动机转速的增加会导致摩擦阻力扭矩的增加，反之亦然。摩擦阻力扭矩的变化会导致本文前面所提到的假设条件a不能完全成立，进而导致机组转动惯量的估算误差。但就本文所提出方法的实验测试过程来看，根据前面的介绍，在测量过程中发动机的转速变化是比较小的，因此柴油发电机组的摩擦阻力矩变化也必然较小。再看机体温度变化的对转动惯量估算精度的影响。温度低则摩擦阻力扭矩大，温度高则摩擦阻力扭矩小。由于测试过程是在较短的时间内完成的，发动机机体温度基本不会有明显的变化，因此发动机机体温度变化因素对转动惯量估算精度的影响基本可以忽略。

②动力扭矩变化产生的误差分析

由于柴油机高压油泵的供油规律是按每个发动机工作循环定量供油，因此在发动机发生转速变化时，单位时间内发动机的供油量也随转速变化有一定变化，发动机转速增加单位时间内供油量增加，反之亦然。这就导致了，在每循环供油量不变的情况下，发动机转速的变化引起发动机动力扭矩的变化。使得本文前面提出的假设条件b不能完全成立，进而导致本文所提出的柴油发电机组转动惯量的估算此方法产生估算误差。同样，由于在本文所提出方法的实验测量过程中发动机转速变化较小，因此柴油发电机组的动力扭矩变化也自然比较小。

③发动机转速测量不准导致的误差分析

发动机转速测量不准会影响

推算的准确性，进而影响柴油发电机组转动惯量估算的准确性，从而产生估算误差。

从因素①、因素②的分析可以看出，导致由因素①和因素②产生转动惯量误差的原因主要是是发动机转速的变化。但从调速特性实验的测试过程来看，发动机的转速变化并不大。这是因为在调速特性试验过程中发动机转速的控制是以恒速为控制目标的。而因素③这类误差可通过多次重复实验和精心记录来减小并逐步达到可接受的程度。

2测试仪器实用电路

参见图2。该图为本发明的测量设备系统结构图。本发明的测量设备可分为转速信号整理模块，键盘输入模块，计算控制模块和显示模块这四个模块。

转速信号整理模块输入端与发动机的转速传感器相连，输出端连接在计算控制模块的80C196KB单片机的脉冲计数借口上。该模块的作用是将转速传感器的正弦脉冲信号整理成发波信号。

键盘输入模块的输出端与计算控制模块的80C196KB单片机的P1口的P1.0～P1.6脚相连。该模块用于输入突加负荷前的发动机负荷值，突加负荷后的发动机负荷值，试验测试开始和结束的指令，参数调整确认指令等。

计算控制模块的输入量是转速信号整理模块输出的转速脉冲信号，和键盘输入单元的键盘指令信号。输出量信号为显示模块的控制指令。计算控制模块是以80C196KB单片机为核心的电路，该模块用于采集数据的处理，转动惯量的计算，键盘指令的接受和显示模块的控制。

显示模块选用了型号为MSP-G240128DYSY-1N的市售的可编程显示模块。数据线与计算控制模块的80C196KB单片机P0口相连，该模块用于显示计算出的转动惯量结果和发动机的负载变化量、实时转速等发动机工作状态。

本发明还有这样一些技术特征：

(1)参见图3，所示为转速信号整理模块的转速信号处理电路。其中，电位器R2的两端分别连接转速传感器的两个输出线SPIN-和SPIN+上，其中一端SPIN-接地，R2中间连接电容C3，C3的另一端连接电阻R1。R1的另一端连接R2、C1和三极管3DG6基极的公共端。R2、C1的另一端接地。三极管的发射极接地。三极管的集电极经电阻R3接电源VCC。非门U14输入端接三极管集电极，输出端接电阻R4。R4的另一端接三极管基极。二极管D1正极接地，负极接非门U14的输出端，非门U14的输出端接转速信号整理模块的输出线SPFB。

(2)参见图4.，所示为键盘输入模块电路。其中，按键开关S1、S3、S5、S7和S9的一端连接在I/O线P1.0上，P1.0还经R25连接电源VCC。按键开关S2、S4、S6、S8和S10的一端连接在I/O线P1.1上，P1.1还经R26连接电源VCC。S1的另一端与S2的另一端相连，并经电阻R27连接到I/O线P1.6上。S3的另一端与S4的另一端相连，并经电阻R28连接到I/O线P1.5上。S5的另一端与S6的另一端相连，并经电阻R29连接到I/O线P1.4上。S7的另一端与S8的另一端相连，并经电阻R30连接到I/O线P1.3上。S9的另一端与S10的另一端相连，并经电阻R31连接到I/O线P1.2上。

(3)参见图5，为控制计算模块电路。其中，U1为80CX196BK单片机芯片。U2为74LS138片选芯片。U11为74LS373地址锁存芯片。U6为复位芯片(RESET)。

图中U1芯片的数据总线(DATABUS)分别于U11、U12的数据总线相连。U6的第3脚(RESET)与U1的第15脚(RESET)相连，U6的第1脚接地，U6的第2脚电源。U12的20脚(标号27128)与U2的14脚(标号27128)相连。U12的4脚5脚相连。U11的11脚(ALE)与U1的62脚(ALE)相连。U11的1脚接地。U12的1脚、27脚接电源VCC。U12的22脚(RD)与U1的61脚(RD)相接。U1的P1口的P1.0～P1.6脚与键盘输入模块的P1.0～P1.6引出线相连。U1的25脚(SPFB)与转速信号整理模块输出线(SPFB)相接。U1的D0～D7引脚(8个)与显示模块的接线端子的D0～D7脚(8个)相接。U1晶振器CKY1的两端分别经电容C2和C5与地线相接，同时分别与U1的66、67脚相连。U1的1、13、37电源VCC，U1的2、3、12、14、36、43、64、68脚接地。

转动惯量的计算分析过程，是在控制计算模块中，由软件完成的。计算分析过程包括瞬时转速的采集；给定的Δt时间内转速下降率计算；最大转速下降率的选取；最大转速下降的角加速度计算；阶跃阻力扭矩AM的计算；机组转动惯量的计算和机组转动惯量的显示输出控制等环节。整个分析过程通过程序来完成。图8所示为转动惯量计算分析程序结构框图。程序通过80CX196KB单片机的开发机及开发软件在PC机上开发，并植入到计算控制模块中。

(4)参见图6，为显示模块接口电路图。其管脚定义和电路连接方式参见表1。

表1MSP-G240128DYSY-1N显示模块管脚说明

(5)参见图7，为电源模块。它是一个系统支持模块，所以它没有在图2中体现。它的作用是为整个测量仪器，包括图2中的4个模块，提供稳定的+5V直流电源，它的外部电源为+12V直流电源。电源模块将其转换成+5V直流电源。该模块核心器件是U13(即，LM7805芯片)。U13的3脚接地，U13的1脚(Vin)接二极管D13负极，U13的2脚(+5V)接电源模块的输出线VCC。二极管D13的正极接+12V直流输入电源。D13的负极与地线之间并接有C8、C12和C13三个电容。U13的输出线VCC与地线之间并联有C4、C6、C7、C9、C10、C11和C14七个电容。电源模块的输入端和输出端共地。

结合图9，转动惯量测量设备与发动机的转速传感器相连的是，所采集的转速信号经信号整理电路整理成方波信号送给计算控制模块的单片机。以单片机为核心的控制计算模块在键盘指令的指示下开始测试、采集发动机突加负荷过程的瞬时转速，计算柴油发电机组的转动惯量，并在计算结束时给出机组的转动惯量数值，显示在显示模块中。

Claims (7)

1.一种柴油发电机组运动件转动惯量的测试设备，包括转速信号整理模块、键盘输入模块、计算控制模块和显示模块；其特征是：转速信号整理模块输入端与发动机的转速传感器相连，输出端连接在计算控制模块的80C196KB单片机的脉冲计数接口；键盘输入模块的输出端与计算控制模块的80C196KB单片机的P1口的P1.0～P1.6脚相连；计算控制模块的输入量是转速信号整理模块输出的转速脉冲信号和键盘输入单元的键盘指令信号，输出量信号为显示模块的控制指令，计算控制模块是以80C196KB单片机为核心的电路；显示模块为MSP-G240128DYSY-1N可编程显示模块，数据线与计算控制模块的80C196KB单片机P0口相连。

2.根据权利要求1所述的柴油发电机组运动件转动惯量的测试设备，其特征是所述转速信号整理模块的转速信号处理电路为：电位器(R5)的两端分别连接转速传感器的两个输出线SPIN-和SPIN+上，其中一端SPIN-接地，电位器(R5)中间连接第三电容(C3)，第三电容(C3)的另一端连接第一电阻(R1)，第一电阻(R1)的另一端连接第二电阻(R2)、第一电容(C1)和三极管(3DG6)基极的公共端，第二电阻(R2)、第一电容(C1)的另一端接地，三极管(3DG6)的发射极接地，三极管(3DG6)的集电极经第三电阻(R3)接电源VCC，非门(U14)输入端接三极管(3DG6)集电极、输出端接第四电阻(R4)，第四电阻(R4)的另一端接三极管(3DG6)基极，第一二极管(D1)正极接地、负极接非门(U14)的输出端，非门(U14)的输出端接转速信号整理模块的输出线。

3.根据权利要求1所述的柴油发电机组运动件转动惯量的测试设备，其特征是所述键盘输入模块电路组成为：第一、三、五、七、九按键开关(S1、S3、S5、S7和S9)的一端连接在I/O线P1.0上，P1.0还经第二十五电阻(R25连接电源VCC，第二、四、六、八、十按键开关(S2、S4、S6、S8和S10)的一端连接在I/O线P1.1上，P1.1还经第二十六电阻(R26)连接电源VCC，第一按键开关(S1)的另一端与第二按键开关(S2)的另一端相连、并经第二十七电阻(R27)连接到I/O线P1.6上，第三按键开关(S3)的另一端与第四按键开关(S4)的另一端相连、并经第二十八电阻(R28)连接到I/O线P1.5上，第五按键开关(S5)的另一端与第六按键开关(S6)的另一端相连、并经第二十九电阻(R29)连接到I/O线P1.4上，第七按键开关(S7)的另一端与第八按键开关(S8)的另一端相连、并经第三十电阻(R30)连接到I/O线P1.3上，第九按键开关(S9)的另一端与第十按键开关(S10)的另一端相连、并经第三十一电阻(R31)连接到I/O线P1.2上。

4.根据权利要求1所述的柴油发电机组运动件转动惯量的测试设备，其特征是所述控制计算模块的组成包括：80CX196BK单片机芯片(U1)、74LS138片选芯片(U2)、74LS373地址锁存芯片(U11)、存储芯片(U12)和复位芯片(U6)；80CX196BK单片机芯片(U1)的数据总线分别与74LS373地址锁存芯片(U11)、存储芯片(U12)的数据总线相连，复位芯片(U6)的第3脚与80CX196BK单片机芯片(U1)的第15脚相连，复位芯片(U6)的第1脚接地，复位芯片(U6)的第2脚电源，存储芯片(U12)的20脚与74LS138片选芯片(U2)的14脚相连，存储芯片(U12)的4脚5脚相连，74LS373地址锁存芯片(U11)的11脚与80CX196BK单片机芯片(U1)的62脚相连，74LS373地址锁存芯片(U11)的1脚接地，存储芯片(U12)的1脚、27脚接电源VCC，存储芯片(U12)的22脚与80CX196BK单片机芯片(U1)的61脚相接，80CX196BK单片机芯片(U1)的P1口的P1.0～P1.6脚与键盘输入模块的P1.0～P1.6引出线相连，80CX196BK单片机芯片(U1)的25脚与转速信号整理模块输出线相接，80CX196BK单片机芯片(U1)的D0～D7引脚与显示模块的接线端子的D0～D7脚相接，80CX196BK单片机芯片(U1)的晶振器CKY1的两端分别经第二电容(C2)和第五电容(C5)与地线相接、同时分别与80CX196BK单片机芯片(U1)的66和67脚相连，80CX196BK单片机芯片(U1)的1、13、37电源VCC，80CX196BK单片机芯片(U1的2、3、12、14、36、43、64、68)脚接地。

5.根据权利要求1所述的柴油发电机组运动件转动惯量的测试设备，其特征是所述电源模块的核心器件是LM7805芯片(U13)，LM7805芯片(U13)的3脚接地，LM7805芯片(U13)的1脚接第十三二极管(D13)负极，LM7805芯片(U13)的2脚接电源模块的输出线VCC，第十三二极管(D13)的正极接+12V直流输入电源，第十三二极管(D13)的负极与地线之间并接有第八电容(C8)、第十二电容(C12)和第十三电容(C13)，LM7805芯片(U13)的输出线VCC与地线之间并联有第四电容(C4)、第六电容(C6)、第七电容(C7)、第九电容(C9)、第十电容(C10)、第十一电容(C11)和第十四电容(C14)，电源模块的输入端和输出端共地。

6.一种的柴油发电机组运动件转动惯量的测试方法，其特征是：

(1)、备车，即使柴油发电机组处于暖车后转速升至额定转速，将发动机的转速传感器与转动惯量的测试设备相连；所述的转动惯量的测试设备是由转速信号整理模块、键盘输入模块、计算控制模块和显示模块组成的柴油发电机组运动件转动惯量的测试设备；

(2)、突加负载，在柴油发电机组的发电机上突加一个已知的、阶跃载荷；

(3)、瞬时转速测量，测量并记录柴油发电机组在突加负载过程中，在负载突变和调速器增加供油的共同作用下，转速由突降到回升到稳定的全过程瞬时转速；

(4)、负荷突加初始阶段的转速下降速率即角加速度的计算，角加速度

的计算公式为

其中：ω(t₁)，ω(t₂)分别为突加负荷导致的转速突降过程中、测量所选取的、角加速度最大的区间内、给定的两个时间点上的两个转速值；t₁、t₂分别转速ω(t₁)、ω(t₂)所对应的给定时间。

(5)、转动惯量的计算，首先计算出突加负荷扭矩的变化ΔM，利用公式其中：N₁、N₂分别为突加负荷前和突加负荷后的发动机负荷；n_e为发动机工作转速，然后计算柴油发电机组的转动惯量，利用公式计算转动惯量。

7.根据权利要求6所述的的柴油发电机组运动件转动惯量的测试方法，其特征是：所述在柴油发电机组的发电机上突加一个已知的、阶跃载荷是加60％额定负载。

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