CN102322363B - 加快柴油机控制系统动态响应的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加快柴油机控制系统动态响应的装置，它由方波信号发生器电路提供4.7kHz固定频率的、50％占空比的高频方波信号，给分频器电路提供基准频率信号；通过分频器将4.7kHz的高频方波信号转换为72Hz的低频率方波信号，给柴油机供油执行器提供基准谐振动作频率，低频信号与控制回路误差信号叠加后进行增益、积分、微分处理，进一步提高控制精度，稳定控制状态，加快控制系统的动态响应与调节速度，从而提高柴油机的工作性能。

Description

加快柴油机控制系统动态响应的装置
技术领域
本发明属于一种柴油机领域，具体涉及一种加快柴油机控制系统动态响应的装置。
背景技术
柴油机控制系统主要有两种：模拟控制系统、数字控制系统。模拟控制系统以其使用方便、可调节性好、可靠性高、价格便宜等特点，得到了广泛的应用。在传统柴油机模拟控制系统技术领域内，普遍采用的是经典PID控制方式，这种控制方式存在着一定的优点，也存在着一定的不足，主要表现在：
(1)经典PID控制方式历史悠久、应用广泛、技术成熟、控制参数较易整定，基本能够满足一般的柴油机控制需求；
(2)经典PID控制方式也存在着一定的不足，如环境适应性差、控制灵敏度与调节时间、调节时间与过冲量、过冲量与稳定性等控制指标相互矛盾，特别是当系统工作状态发生突变时，控制系统的超调量大、响应时间长，动态调节特性不佳；
(3)柴油机作为原动力，其工作性质决定了柴油机经常性地工作在载荷突变状态。这种工况下采用经典PID控制方式的柴油机控制系统通常转速过冲量大、稳定时间长、柴油机冒黑烟严重；
(4)从柴油机自身来说，转速过冲量大会增加柴油机零部件的机械应力载荷、降低其有效疲劳寿命；冒黑烟严重说明柴油机供油系统调节特性粗暴、响应滞后、易污染环境、燃烧不充分、燃油消耗量增加、燃烧室易积碳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述不足，提供一种能够有效降低柴油机供油调节机构的动态惯性量、提高其加速度，从而加快控制系统动态调节速度的装置。
本发明的技术方案：一种加快柴油机控制系统动态响应的装置，它包括比较器U3A、运算放大器(U4A、U4B)、逻辑反向器U2F、二进制计数器(U1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第六电容(C6)、第七电容(C7)和电源，其特征是U3A的第2管脚通过第九电阻(R9)与U4B的第7管脚连接，U3A的第2管脚通过第八电阻(R8)、第十电阻(R10)串联后与U4B的第6管脚连接，5V电源串联第十一电阻(R11)后与U3A的第3管脚连接，U3A的第3管脚通过第六电容(C6)与信号地连接，U3A的第1管脚通过第三电阻(R3)与12V电源连接，U3A的第4管脚接地，U3A的第8管脚接12V电源，U4B的第6、7管脚之间设置有第五电容(C5)，5V电源串联第十二电阻(R12)后与U4B的第5管脚连接，U4B的第5管脚通过第七电容(C7)接地；U2F的第13管脚与U3A的第1管脚连接，U2F的第12管脚与U4B的第6管脚之间串接第十电阻(R10)、U2F的第12管脚与U3A的第2管脚之间串接第八电阻(R8)；二进制计数器(U1)的第1管脚CLK接U2F的第12管脚，二进制计数器(U1)的第2管脚CLR接地，二进制计数器(U1)的第4管脚QF与运算放大器(U4A)的第2管脚之间串接第二电阻(R2)；第六电阻(R6)、第二电容(C2)串联后与第二电阻(R2)并联；第四电阻(R4)、第一电容(C1)串联后与第一电阻(R1)并联，然后串接在控制回路误差信号TP1与运算放大器(U4A)的第2管脚之间；运算放大器(U4A)的第2管脚通过第三电容(C3)与运算放大器(U4A)的第1管脚相连；运算放大器(U4A)的第1管脚通过第五电阻(R5)与控制回路功率驱动电路的输入端TP2连接；第七电阻(R7)、第四电容(C4)串联后分别与U4A的第2管脚、功率驱动电路的输入端TP2相连；运算放大器(U4A)的第8管脚接12V电源，第3管脚接5V电源，第4管脚接地。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：1、通过对传统的PID控制回路进行优化设计而改善柴油机控制系统的动态调节特性，原有执行机构不需要任何改动，方法简单、成本低、易实施；2、在原有PID控制回路中增加一路幅度足够小、固定频率的微分控制信号，其实现方法是：将4.7KHz的基准方波信号经64分频后，形成72Hz的固定频率方波信号，与原有误差控制信号叠加，并经过PID运算后，形成含有谐振分量的新误差控制信号；新误差控制信号利用电磁转换原理，经过功率放大后，转换为柴油机供油执行机构的谐振运动，供油执行机构始终工作在一个高频率的、上下幅值对称的微振动状态，可有效降低柴油机控制系统供油执行机构的动态惯性量，提高其瞬态加速度，加快控制系统的动态调节与响应速度，改善柴油机的燃烧状况，从根本上提高柴油机的工作性能，强化柴油机的对外做功能力。
附图说明
图1是本发明的电路原理图。
具体实施方式
一种加快柴油机控制系统动态响应的装置，它包括比较器U3A、运算放大器(U4A、U4B)、逻辑反向器U2F、二进制计数器(U1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第六电容(C6)、第七电容(C7)和电源，其特征是U3A的第2管脚通过第九电阻(R9)与U4B的第7管脚连接，U3A的第2管脚通过第八电阻(R8)、第十电阻(R10)串联后与U4B的第6管脚连接，5V电源串联第十一电阻(R11)后与U3A的第3管脚连接，U3A的第3管脚通过第六电容(C6)与信号地连接，U3A的第1管脚通过第三电阻(R3)与12V电源连接，U3A的第4管脚接地，U3A的第8管脚接12V电源，U4B的第6、7管脚之间设置有第五电容(C5)，5V电源串联第十二电阻(R12)后与U4B的第5管脚连接，U4B的第5管脚通过第七电容(C7)接地；U2F的第13管脚与U3A的第1管脚连接，U2F的第12管脚与U4B的第6管脚之间串接第十电阻(R10)、U2F的第12管脚与U3A的第2管脚之间串接第八电阻(R8)；二进制计数器(U1)的第1管脚CLK接U2F的第12管脚，二进制计数器(U1)的第2管脚CLR接地，二进制计数器(U1)的第4管脚QF与运算放大器(U4A)的第2管脚之间串接第二电阻(R2)；第六电阻(R6)、第二电容(C2)串联后与第二电阻(R2)并联；第四电阻(R4)、第一电容(C1)串联后与第一电阻(R1)并联，然后串接在控制回路误差信号TP1与运算放大器(U4A)的第2管脚之间；运算放大器(U4A)的第2管脚通过第三电容(C3)与运算放大器(U4A)的第1管脚相连；运算放大器(U4A)的第1管脚通过第五电阻(R5)与控制回路功率驱动电路的输入端TP2连接；第七电阻(R7)、第四电容(C4)串联后分别与U4A的第2管脚、功率驱动电路的输入端TP2相连；运算放大器(U4A)的第8管脚接12V电源，第3管脚接5V电源，第4管脚接地。

Claims (1)

1.一种加快柴油机控制系统动态响应的装置，它包括比较器Ｕ３Ａ、第一运算放大器（Ｕ４Ａ），第二运算放大器（Ｕ４Ｂ）、逻辑反向器Ｕ２Ｆ、二进制计数器（Ｕ１）、第一电阻（Ｒ１）、第二电阻（Ｒ２）、第三电阻（Ｒ３）、第四电阻（Ｒ４）、第五电阻（Ｒ５）、第六电阻（Ｒ６）、第七电阻（Ｒ７）、第八电阻（Ｒ８）、第九电阻（Ｒ９）、第十电阻（Ｒ１０）、第十一电阻（Ｒ１１）、第十二电阻（Ｒ１２）、第一电容（Ｃ１）、第二电容（Ｃ２）、第三电容（Ｃ３）、第四电容（Ｃ４）、第五电容（Ｃ５）、第六电容（Ｃ６）、第七电容（Ｃ７）和电源，其特征是Ｕ３Ａ的第２管脚通过第九电阻（Ｒ９）与Ｕ４Ｂ的第７管脚连接，Ｕ３Ａ的第２管脚通过第八电阻（Ｒ８）、第十电阻（Ｒ１０）串联后与Ｕ４Ｂ的第６管脚连接，５Ｖ电源串联第十一电阻（Ｒ１１）后与Ｕ３Ａ的第３管脚连接，Ｕ３Ａ的第３管脚通过第六电容（Ｃ６）与信号地连接，Ｕ３Ａ的第１管脚通过第三电阻（Ｒ３）与１２Ｖ电源连接，Ｕ３Ａ的第４管脚接地，Ｕ３Ａ的第８管脚接１２Ｖ电源，Ｕ４Ｂ的第６、７管脚之间设置有第五电容（Ｃ５），５Ｖ电源串联第十二电阻（Ｒ１２）后与Ｕ４Ｂ的第５管脚连接，Ｕ４Ｂ的第５管脚通过第七电容（Ｃ７）接地；Ｕ２Ｆ的第１３管脚与Ｕ３Ａ的第１管脚连接，Ｕ２Ｆ的第１２管脚与Ｕ４Ｂ的第６管脚之间串接第十电阻（Ｒ１０）、Ｕ２Ｆ的第１２管脚与Ｕ３Ａ的第２管脚之间串接第八电阻（Ｒ８）；二进制计数器（Ｕ１）的第１管脚ＣＬＫ接Ｕ２Ｆ的第１２管脚，二进制计数器（Ｕ１）的第２管脚ＣＬＲ接地，二进制计数器（Ｕ１）的第４管脚ＱＦ与第一运算放大器（Ｕ４Ａ）的第２管脚之间串接第二电阻（Ｒ２）；第六电阻（Ｒ６）、第二电容（Ｃ２）串联后与第二电阻（Ｒ２）并联；第四电阻（Ｒ４）、第一电容（Ｃ１）串联后与第一电阻（Ｒ１）并联，然后串接在控制回路误差信号ＴＰ１与第一运算放大器（Ｕ４Ａ）的第２管脚之间；第一运算放大器（Ｕ４Ａ）的第２管脚通过第三电容（Ｃ３）与第一运算放大器（Ｕ４Ａ）的第１管脚相连；第一运算放大器（Ｕ４Ａ）的第１管脚通过第五电阻（Ｒ５）与控制回路功率驱动电路的输入端ＴＰ２连接；第七电阻（Ｒ７）、第四电容（Ｃ４）串联后分别与Ｕ４Ａ的第２管脚、功率驱动电路的输入端ＴＰ２相连；第一运算放大器（Ｕ４Ａ）的第８管脚接１２Ｖ电源，第３管脚接５Ｖ电源，第４管脚接地。
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