CN102141476B - 柴油机脉冲负载测试方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柴油机脉冲负载测试方法，将柴油机的转速调整为获取的目标转速后，根据获取的柴油机的目标输出功率获取脉冲调制信号的脉冲宽度，采用该脉冲宽度的脉冲调制信号控制柴油机的励磁电流，对柴油机的输出功率进行测量。本发明还提供一种柴油机脉冲负载测试装置。采用本发明提供的柴油机脉冲负载测试方法和装置，根据目标输出功率确定对应的脉冲宽度，采用该脉冲宽度的脉冲调制信号控制柴油机的励磁电流，从而通过阶梯式调整脉冲宽度，实现对励磁电流的阶梯式控制，从而实现对柴油机输出功率的阶梯式控制。

Description

柴油机脉冲负载测试方法和装置

技术领域

本发明涉及柴油机测试技术，尤其涉及一种柴油机脉冲负载测试方法和一种柴油机脉冲负载测试装置。

背景技术

在舰艇消磁项目中，柴油机在实际应用中要完成舰艇的消磁工作，因此，在对柴油机进行测试时，需要在柴油机工作在1000rpm转速的情况下对柴油机进行脉冲负载测试，即对柴油机输出功率进行阶梯式的脉冲控制，测试柴油机在瞬间实现功率突升突降的性能。

图1为现有的柴油机测试系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括：励磁电阻Rlt、续流二极管D1、场效应管Q1、励磁线圈L1、励磁发电机11、励磁整流器12、主线圈L2、主发电机13、主整流器14和水电阻15。其中，励磁电阻Rlt、续流二极管D1、场效应管Q1和励磁线圈L1组成柴油机的励磁电路。输入信号P1通过场效应管Q1的导通与关断控制流过励磁发电机11的励磁线圈L1的励磁电流。励磁发电机11发出的三相交流电通过励磁整流器12整流后，为主发电机13的励磁线圈L2供电，主发电机13发出的三相交流电经主整流器14整流后向水阻15供电，通过测量水电阻15的功率，测量柴油机的输出功率。

目前，采用图1所示的柴油机测试系统，柴油机脉冲负载测试方法包括手动控制方式和比例积分(Proportional Integral，简称PI)控制方式两种。

在手动控制方式的柴油机脉冲负载测试方法中，励磁电阻Rlt采用滑线变阻器，通过手动控制滑线变阻器调节励磁电流，从而调节柴油机的输出功率。由于采用人工手动操作，因而此种控制方式的准确性和稳定性差，当测试工况频繁变化的时候，手动操作会造成柴油机状态不稳、振动过大、排放超标等，无法实现在瞬间完成柴油机输出功率的突升突降。

在PI控制方式的柴油机脉冲负载测试方法中，采用柴油机微机控制系统对图1所示的柴油机测试系统进行控制。柴油机微机控制系统通过上位机接收控制指令，控制柴油机的转速、恒功率、实时异步通讯等。其中，对于柴油机的输出功率的控制方法为：利用PI调节器调节输入信号P1，通过输入信号P1调节励磁电流，从而调节柴油机的输出功率。由于PI调节器的作用，励磁电流具有一定的上升和下降率，因此柴油机输出功率不能实现瞬间突变，无法对柴油机的输出功率进行阶梯式的脉冲变化控制。

总之，采用现有的柴油机脉冲负载测试方法，无法对柴油机输出功率进行阶梯式的脉冲控制。

发明内容

本发明提供一种柴油机脉冲负载测试方法，用以解决现有技术中的缺陷，实现对柴油机输出功率进行阶梯式的脉冲控制。

本发明还提供一种柴油机脉冲负载测试装置，用以解决现有技术中的缺陷，实现对柴油机输出功率进行阶梯式的脉冲控制。

本发明提供一种柴油机脉冲负载测试方法，包括：

将柴油机的转速调整为目标转速；

根据所述柴油机的目标输出功率查询脉冲宽度与输出功率的对应关系，获取脉冲调制信号的脉冲宽度；

采用所述脉冲宽度的脉冲调制信号控制所述柴油机的励磁电流；

测量所述柴油机的输出功率。

如上所述的柴油机脉冲负载测试方法，其中，所述根据所述柴油机的目标输出功率查询脉冲宽度与输出功率的对应关系之前还包括：

分别测量采用多种脉冲宽度的脉冲调制信号控制所述柴油机的励磁电流时的柴油机的输出功率，获取所述脉冲宽度与输出功率的对应关系。

如上所述的柴油机脉冲负载测试方法，其中，所述根据所述柴油机的目标输出功率查询脉冲宽度与输出功率的对应关系之后还包括：根据所述脉冲宽度与输出功率的对应关系进行插值计算，获取所述目标输出功率对应的脉冲调制信号的脉冲宽度。

如上所述的柴油机脉冲负载测试方法，其中，所述将柴油机的转速调整为获取的目标转速之前还包括：

获取所述柴油机的目标转速和目标功率。

如上所述的柴油机脉冲负载测试方法，其中，所述获取所述柴油机的目标转速和目标功率包括：

采用串行通信协议获取上位机输入的所述柴油机的目标转速和目标功率。

本发明还公开了一种柴油机脉冲负载测试装置，包括：

转速控制器，用于将柴油机的转速调整为目标转速；

脉冲控制器，用于根据所述柴油机的目标输出功率查询脉冲宽度与输出功率的对应关系，获取脉冲调制信号的脉冲宽度，并根据该脉冲宽度控制所述脉冲驱动电路输出脉冲调制信号；

脉冲驱动电路，用于在所述脉冲控制器的控制下，生成所述脉冲宽度的脉冲调制信号并传送到所述柴油机的励磁电路，以控制所述柴油机的励磁电流；

测量模块，用于测量所述柴油机的输出功率。

如上所述的柴油机脉冲负载测试装置，其中，所述脉冲控制器包括：

控制模块，用于采用多种脉冲宽度控制所述脉冲驱动电路输出脉冲调制信号，并接收来自测量模块的输出功率，获取所述脉冲宽度与输出功率的对应关系，查询所述脉冲宽度与输出功率的对应关系，获取所述目标输出功率对应的脉冲调制信号的脉冲宽度，并根据该脉冲宽度控制所述脉冲驱动电路输出脉冲调制信号；

所述脉冲驱动电路具体用于在所述控制模块的控制下，生成所述控制模块确定的脉冲宽度的脉冲调制信号并传送到所述柴油机的励磁电路，以控制所述柴油机的励磁电流；

所述测量模块还用于分别测量采用多种脉冲宽度的脉冲调制信号控制所述柴油机的励磁电流时的柴油机的输出功率并传送给所述控制模块。

如上所述的柴油机脉冲负载测试装置，其中，所述脉冲控制器还包括：运算模块，用于根据所述脉冲宽度与输出功率的对应关系进行插值计算，获取所述目标输出功率对应的脉冲调制信号的脉冲宽度并传送给所述控制模块；

所述控制模块还用于根据来自所述运算模块的脉冲宽度控制所述脉冲驱动电路输出脉冲调制信号。

如上所述的柴油机脉冲负载测试装置，其中，还包括：通信模块，用于获取所述柴油机的目标转速和目标功率。

如上所述的柴油机脉冲负载测试装置，其中，所述通信模块具体用于采用串行通信协议获取上位机输入的所述柴油机的目标转速和目标功率。

由上述技术方案可知，本发明根据目标输出功率确定对应的脉冲宽度，采用该脉冲宽度的脉冲调制信号控制柴油机的励磁电流，从而当需要控制柴油机的输出功率突升或突降时，将突升或突降后的输出功率作为目标输出功率，采用该目标输出功率对应的脉冲宽度的脉冲调制信号调节励磁电流，通过阶梯式调整脉冲宽度对励磁电流进行阶梯式控制，从而实现对柴油机输出功率的阶梯式控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的柴油机测试系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一的柴油机测试系统的结构示意图；

图3为本发明实施例一的柴油机脉冲负载测试方法的流程图；

图4为本发明实施例二的柴油机脉冲负载测试方法的流程图；

图5为本发明实施例三的柴油机脉冲负载测试装置的结构示意图；

图6为本发明实施例四的柴油机脉冲负载测试装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，由于在柴油机脉冲负载测试中，柴油机的主发电机的负载为阻性负载，并且，由于在负载电阻不变的情况下，输入信号P1的脉冲宽度不同会导致流过励磁线圈L1的励磁电流大小不同，因此，在本发明实施例一中，采用脉冲调制信号P2代替输入信号P1。图2为本发明实施例一的柴油机测试系统的结构示意图。如图2所示，本发明实施例一的柴油机测试系统中，采用脉冲调制信号P2替代图1所示的现有的柴油机测试系统的输入信号P1，其余的组成结构与现有的柴油机测试系统相同。

图3为本发明实施例一的柴油机脉冲负载测试方法的流程图。如图3所示，该方法包括以下过程。

步骤301：将柴油机的转速调整为目标转速。

步骤302：根据所述柴油机的目标输出功率查询脉冲宽度与输出功率的对应关系，获取脉冲调制信号的脉冲宽度。

步骤303：采用所述脉冲宽度的脉冲调制信号控制所述柴油机的励磁电流。

步骤304：测量所述柴油机的输出功率。

在本发明实施例一中，根据目标输出功率确定对应的脉冲宽度，采用该脉冲宽度的脉冲调制信号控制柴油机的励磁电流，从而当需要控制柴油机的输出功率突升或突降时，将突升或突降后的输出功率作为目标输出功率，采用该目标输出功率对应的脉冲宽度的脉冲调制信号调节励磁电流，实现对励磁电流进行阶梯式控制，从而实现对柴油机输出功率的阶梯式控制。

图4为本发明实施例二的柴油机脉冲负载测试方法的流程图。该方法采用柴油机脉冲负载测试装置对柴油机进行测试，在本发明实施例二中，以下对该柴油机脉冲负载测试装置简称测试装置。如图4所示，本发明实施例二的柴油机脉冲负载测试方法包括如下过程。

步骤401：获取柴油机的目标转速和目标功率。

在本步骤中，测试装置可以通过多种方式获取柴油机的目标转速和目标功率。一种较佳的实施方式是，该测试装置通过串行通信接口连接柴油机微机控制系统的上位机，采用串行通信协议获取上位机输入的柴油机的目标转速和目标功率。在应用于舰艇消磁领域的柴油机脉冲负载测试方法中，目标转速可以为1000rpm。

步骤402：将柴油机的转速调整为目标转速。

在本步骤中，可以采用任何现有的柴油机控制方式调整柴油机的转速，只要将该柴油机的转速调整为目标转速即可。一种较佳的实施方式是，通过柴油机微机控制系统中的转速控制器，将柴油机的转速调整为获取的目标转速。

步骤403：分别测量采用多种脉冲宽度的脉冲调制信号控制柴油机的励磁电流时的柴油机的输出功率，获取脉冲宽度与输出功率的对应关系。

在本步骤中进行功率标定试验，即：不断调整脉冲调制信号的脉冲宽度，采用该脉冲调制信号控制励磁电流，在每种脉冲宽度的控制下，分别测量对应的柴油机输出功率，获取脉冲宽度与输出功率的对应关系。

步骤404：根据所述柴油机的目标输出功率查询脉冲宽度与输出功率的对应关系，获取脉冲调制信号的脉冲宽度。

步骤405：根据脉冲宽度与输出功率的对应关系进行插值计算，获取所述目标输出功率对应的脉冲调制信号的脉冲宽度。

在上述步骤404和步骤405中，首先根据柴油机的目标输出功率，查询脉冲宽度与输出功率的对应关系，如果脉冲宽度与输出功率的对应关系中存在该目标输出功率，则以该目标输出功率对应的脉冲宽度作为柴油机脉冲负载测试用的脉冲宽度。如果脉冲宽度与输出功率的对应关系中不存在该目标输出功率，则进一步根据该对应关系，通过插值计算获得目标输出功率对应的脉冲调制信号的脉冲宽度，以该脉冲宽度作为柴油机脉冲负载测试用的脉冲宽度。

步骤406：采用所述脉冲宽度的脉冲调制信号控制所述柴油机的励磁电流。

在此步骤中，参见图2所示的柴油机测试系统，输入励磁电路的信号为脉冲宽度为步骤404或步骤405中确定的脉冲宽度的脉冲调制信号P2，根据该脉冲调制信号P2控制流过励磁发电机11的励磁线圈L1的励磁电流，从而控制流过主发电机13的励磁线圈L2的电流，通过流过主发电机13的励磁线圈L2的电流控制主发电机13的输出功率，即该柴油机的输出功率。

步骤407：测量柴油机的输出功率。

在此步骤中，参见图2所示的柴油机测试系统，通过测量水电阻15两端的电压以及流过水电阻15的电流，测量柴油机的输出功率，获取柴油机脉冲负载测试的测试结果。

在本发明实施例二中，首先在柴油机工作在目标转速时进行功率标定试验，通过功率标定试验获取脉冲调制信号的一个以上脉冲宽度与柴油机的输出功率的对应关系，然后进行柴油机脉冲负载测试，根据功率标定试验获取的上述对应关系进行查询或插值计算，获得目标功率对应的脉冲宽度，采用该脉冲宽度的脉冲调制信号控制柴油机的励磁电流，测量柴油机的输出功率，获得柴油机脉冲负载测试的测试结果。由于通过控制脉冲调制信号的脉冲宽度来控制柴油机的励磁电流，从而控制柴油机的输出功率，因而能够通过阶梯式调整脉冲宽度来阶梯式调整柴油机的输出功率。并且，通过功率标定试验和插值计算获得用于测量的脉冲宽度，能够确保柴油机脉冲负载测试的准确性。

图5为本发明实施例三的柴油机脉冲负载测试装置的结构示意图。该装置可以位于图2所示的柴油机测试系统中。如图5所示，该装置至少包括：转速控制器51、脉冲控制器52、脉冲驱动电路53和测量模块54。

其中，转速控制器51用于将柴油机的转速调整为目标转速。脉冲控制器52用于根据所述柴油机的目标输出功率查询脉冲宽度与输出功率的对应关系，获取脉冲调制信号的脉冲宽度，并根据该脉冲宽度控制所述脉冲驱动电路53输出脉冲调制信号。脉冲驱动电路53用于在所述脉冲控制器52的控制下，生成所述脉冲宽度的脉冲调制信号并传送到所述柴油机的励磁电路，以控制所述柴油机的励磁电流。测量模块54用于测量所述柴油机的输出功率。

上述转速控制器51、脉冲控制器52、脉冲驱动电路53和测量模块54的工作流程参见本发明实施例一和实施例二的描述，在此不再赘述。

在本发明实施例三中，脉冲控制器根据目标输出功率确定对应的脉冲宽度，脉冲驱动电路采用该脉冲宽度的脉冲调制信号控制柴油机的励磁电流，从而当需要控制柴油机的输出功率突升或突降时，脉冲控制器阶梯式调节脉冲宽度，脉冲驱动电路采用脉冲调制信号阶梯式调节励磁电流，从而实现对柴油机输出功率的阶梯式控制。

图6为本发明实施例四的柴油机脉冲负载测试装置的结构示意图。如图5所示，该装置包括：转速控制器61、脉冲控制器62、脉冲驱动电路63和测量模块64和通信模块65。该脉冲控制器62包括：控制模块621和运算模块622。

其中，通信模块65获取柴油机的目标转速和目标功率。具体地，通信模块65通过串行通信接口连接柴油机微机控制系统的上位机，用户可以通过上位机输入目标转速和目标功率，通信模块65采用串行通信协议获取上位机输入的柴油机的目标转速和目标功率，并将该目标转速传送给转速控制器61，将目标功率传送给脉冲控制器62。

转速控制器61将柴油机的转速调整为目标转速。具体地，该转速控制器61可以采用现有的任何柴油机控制方式来调整转速，只要将柴油机的转速调整为目标转速即可。

脉冲控制器62根据柴油机的目标输出功率查询脉冲宽度与输出功率的对应关系，获取脉冲调制信号的脉冲宽度，并根据该脉冲宽度控制所述脉冲驱动电路63输出脉冲调制信号。具体地，脉冲控制器62包括：控制模块621和运算模块622。其中，控制模块621采用多种脉冲宽度控制所述脉冲驱动电路63输出脉冲调制信号，并接收来自测量模块64的输出功率，获取脉冲宽度与输出功率的对应关系。并且，控制模块621查询脉冲宽度与输出功率的对应关系，获取目标输出功率对应的脉冲调制信号的脉冲宽度，以该脉冲宽度作为柴油机脉冲负载测试用的脉冲宽度，并根据该脉冲宽度控制所述脉冲驱动电路输出脉冲调制信号。进一步地，如果上述对应关系中不包括目标输出功率，运算模块622根据所述脉冲宽度与输出功率的对应关系进行插值计算，获取所述目标输出功率对应的脉冲调制信号的脉冲宽度并传送给所述控制模块621，控制模块621以该脉冲宽度作为柴油机脉冲负载测试用的脉冲宽度，并根据该脉冲宽度控制所述脉冲驱动电路输出脉冲调制信号。

脉冲驱动电路63在脉冲控制器62的控制下，生成所述控制模块确定的脉冲宽度的脉冲调制信号并传送到所述柴油机的励磁电路，以控制柴油机的励磁电流。具体地，脉冲驱动电路63在控制模块621的控制下，生成控制模块621确定的脉冲宽度的脉冲调制信号，并将该脉冲调制信号作为输入信号传送到柴油机的励磁电路，以控制柴油机的励磁电流。

测量模块64测量柴油机的输出功率。具体地，在控制模块621采用多种脉冲宽度控制脉冲电路输出脉冲调制信号时，测量模块64分别测量每种脉冲宽度对应的柴油机的输出功率并传送给控制模块621，即测量模块64分别测量采用多种脉冲宽度的脉冲调制信号控制柴油机的励磁电流时的柴油机的输出功率并传送给所述控制模块621。在控制模块621采用所述柴油机脉冲负载测试用的脉冲宽度控制脉冲驱动电路63输出脉冲调制信号时，测量模块64测量柴油机的输出功率，作为柴油机脉冲负载测试的输出功率测试值。

在本发明实施例四中，转速控制器将柴油机转速调整为目标转速，在脉冲控制器的控制模块的控制下进行功率标定试验，获取脉冲调制信号的一个以上脉冲宽度与柴油机的输出功率的对应关系。在脉冲控制器的控制模块，或运算模块协同控制模块的控制下进行柴油机脉冲负载测试，控制模块根据功率标定试验获取的上述对应关系查询目标功率对应的脉冲宽度或者，运算模块根据功率标定试验获取的上述对应关系，通过插值计算获得目标功率对应的脉冲宽度，采用该脉冲宽度控制脉冲驱动电路，通过脉冲驱动电路输出控制柴油机的励磁电流的脉冲调制信号，通过测量模块测量柴油机的输出功率，获得柴油机脉冲负载测试的测试结果。由于通过脉冲控制器控制脉冲驱动电路输出的脉冲调制信号的脉冲宽度控制柴油机的励磁电流，从而控制柴油机的输出功率，因而通过脉冲控制器阶梯式调整脉冲宽度，能够实现阶梯式调整柴油机的输出功率。

需要说明的是：对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种柴油机脉冲负载测试装置，其特征在于，包括：

转速控制器，用于将柴油机的转速调整为目标转速；

脉冲控制器，用于根据所述柴油机的目标输出功率查询脉冲宽度与输出功率的对应关系，获取脉冲调制信号的脉冲宽度，并根据该脉冲宽度控制脉冲驱动电路输出脉冲调制信号；

所述脉冲驱动电路，用于在所述脉冲控制器的控制下，生成所述脉冲宽度的脉冲调制信号并传送到所述柴油机的励磁电路，以控制所述柴油机的励磁电流；

测量模块，用于测量所述柴油机的输出功率；

其中，所述脉冲控制器包括：

控制模块，用于采用多种脉冲宽度控制所述脉冲驱动电路输出脉冲调制信号，并接收来自测量模块的输出功率，获取所述脉冲宽度与输出功率的对应关系，查询所述脉冲宽度与输出功率的对应关系，获取所述目标输出功率对应的脉冲调制信号的脉冲宽度，并根据该脉冲宽度控制所述脉冲驱动电路输出脉冲调制信号；

所述脉冲驱动电路具体用于在所述控制模块的控制下，生成所述控制模块确定的脉冲宽度的脉冲调制信号并传送到所述柴油机的励磁电路，以控制所述柴油机的励磁电流；

所述测量模块还用于分别测量采用多种脉冲宽度的脉冲调制信号控制所述柴油机的励磁电流时的柴油机的输出功率并传送给所述控制模块。

2.根据权利要求1所述的柴油机脉冲负载测试装置，其特征在于，所述脉冲控制器还包括：

运算模块，用于根据所述脉冲宽度与输出功率的对应关系进行插值计算，获取所述目标输出功率对应的脉冲调制信号的脉冲宽度并传送给所述控制模块；

所述控制模块还用于根据来自所述运算模块的脉冲宽度控制所述脉冲驱动电路输出脉冲调制信号。

3.根据权利要求1或2所述的柴油机脉冲负载测试装置，其特征在于，还包括：

通信模块，用于获取所述柴油机的目标转速和目标功率。

4.根据权利要求3所述的柴油机脉冲负载测试装置，其特征在于，

所述通信模块具体用于采用串行通信协议获取上位机输入的所述柴油机的目标转速和目标功率。

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