CN104106208B - 一种基于arm的多处理器柴油发电机组控制器 - Google Patents
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Abstract
基于ARM的多处理器柴油发电机组控制器，采用ARM9+FPGA的结构形式，包括ARM9核心控制处理器（1）、FPGA信号处理器（2）、AD采集电路（3）、通信与显示电路（4）以及外设接口电路（5）。控制器调控发动机的油门，调控同步发电机转子磁场磁力线切割电枢绕组的频率和转子绕组的励磁电流，使并联运行的各机组的相关参数达到动态的一致和同步，实现并联机组的平稳运行。
Description
技术领域
本发明涉及柴油发电机组领域，尤其是指一种基于ARM的多处理器柴油发电机组控制器。
背景技术
随着常规能源的日趋枯竭和环境污染日益严重，迫使柴油机朝着低污染、低油耗和高比功率的方向发展；而微处理器的发展，使柴油机电子控制技术的出现与发展成为必然趋势。
柴油机具有很强的非线性和多扰动性，并且其各种参数随输出功率、转速、环境温度等而变化，这种非线性特性使得控制系统的设计变得十分困难。另外，柴油机又是一个包含多种时间延迟的系统，例如，从供油量控制阀门的运动到柴油机速度的改变有一个纯时间延迟。因此，对柴油机采用传统的用微分、差分方程式来描述控制对象的控制方式（如：PID）有时会带来建模困难和稳定时间过长等问题。
目前，从世界的先进水平来看，用于大功率中高速柴油机的数字式电子调速系统，其控制器的核心己采用32位的微处理器，这为复杂控制算法及功能扩展的实现打下了良好的硬件基础。另外，就其控制功能来看，除了原有的调速功能之外，某些数字式电子调速器已具备负荷控制、水温限制、油量限制、增压器控制、供油提前角控制以及控制系统的故障检侧和故障保护等功能。使柴油机的电子控制由单任务控制到多任务控制，进而发展到柴油机数字化的全电子控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对励磁系统、调速系统以及两者之间的协调关系进行综合控制的基于ARM的多处理器柴油发电机组控制器，该控制器调节反馈参数以电压偏差为主，附加了角速度和励磁电压的偏差的恰当组合，调节规律以模糊励磁控制的非线性励磁调节，实现实时控制柴油机运行，适用于对柴油机的排放性、动力性及经济性提出了更高要求的工厂、医院、通信站、体育场等一些对供电可靠性要求高以及对柴油机的运行控制提出了严格要求的重要场所，满足已经出台的各种严格的柴油机排放法规的要求。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于ARM的多处理器柴油发电机组控制器，包括：ARM9核心控制处理器、FPGA信号处理器、AD采集电路、通信与显示电路以及外设接口电路。所述的基于ARM的多处理器柴油发电机组控制器采用ARM9+FPGA的结构形式。FPGA将采集到的发电机转速和电压的数据处理后送入控制中心ARM9，ARM9产生相应的控制信号通过独立的接口送到执行端口。柴油发电机主轴速度反馈信号和速度设定值调节输出PWM波占空比和频率，进而通过控制电子执行器控制油泵来控制柴油发电机的速度完成调速控制；柴油发电机电压反馈信号和电压设定值调节另一组输出PWM波占空比和频率，调控同步发电机转子绕组的励磁电流，在此PID控制器前端加设模糊控制器，通过模糊推理，输出PID控制参数的调节量。
FPGA采集机组的速度信号、油压信号以及水温信号，然后将处理后的数据送至ARM9参与闭环控制，ARM9将数据送至液晶模块显示。
两台或两台以上并联机组中的柴油发电机转速的数据由FPGA送到ARM9处理核心控制器后，并联机组的控制器输出各自一组PWM波占空比和频率调控相应机组的同步发电机转子磁场磁力线切割电枢绕组的频率，使并联机组平分负载有功功率；并联机组的发电机瞬时电压反馈信号经FPGA送到ARM9处理核心控制器，并联机组的控制器各自输出另一组PWM波占空比和频率调控相应机组的同步发电机转子绕组的励磁电流，使并联机组的三相线电压的瞬时相位一致。
基于ARM的多处理器柴油发电机组控制器还设置有RS485接口、RS232接口、USB接口、以太网接口、GPS接口、两机并车接口、智能电表接口和其他模块接口。
本发明的有益效果是，该基于ARM的多处理器柴油发电机组控制器具有节能减排的优势，提高了电控柴油机的效率，降低油耗，提高了可靠性，使并联机组的三相线电压的瞬时相位一致，平分负载有功功率，消除并联机组无功环流的现象。
附图说明
图1、本发明结构示意图
1—ARM处理核心2—逻辑控制模块（FPGA信号处理器）
3—I/O接口（AD采集电路）4—人机交互面板（通信与显示电路）
5—485接口（外设接口电路）
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：参阅图1所示，本发明提供的一种基于ARM的多处理器柴油发电机组控制器，包括：ARM9核心控制处理器（1）、FPGA信号处理器（2）、AD采集电路（3）、通信与显示电路（4）以及外设接口电路（5）。所述的基于ARM的多处理器柴油发电机组控制器采用ARM9+FPGA的结构形式。FPGA（2）将采集到的发电机转速和电压的数据处理后送入控制中心ARM9（1），ARM9（1）产生相应的控制信号通过独立的接口送到执行端口。柴油发电机主轴速度反馈信号和速度设定值调节输出PWM波占空比和频率，进而通过控制电子执行器控制油泵来控制柴油发电机的速度完成调速控制；柴油发电机电压反馈信号和电压设定值调节另一组输出PWM波占空比和频率，调控同步发电机转子绕组的励磁电流，在此PID控制器前端加设模糊控制器，通过模糊推理，输出PID控制参数的调节量。
FPGA（2）采集机组的速度信号、油压信号以及水温信号，然后将经FPGA（2）处理后的数据送至ARM9（1）参与闭环控制，ARM9（1）将数据送至液晶模块（4）显示。
两台或两台以上并联机组中的柴油发电机转速的数据由FPGA（2）送到ARM9处理核心控制器（1）后，并联机组的控制器输出各自一组PWM波占空比和频率调控相应机组的同步发电机转子磁场磁力线切割电枢绕组的频率，使并联机组平分负载有功功率；并联机组的发电机瞬时电压反馈信号经FPGA（2）送到ARM9处理核心控制器（1），并联机组的控制器各自输出另一组PWM波占空比和频率调控相应机组的同步发电机转子绕组的励磁电流，使并联机组的三相线电压的瞬时相位一致。
基于ARM的多处理器柴油发电机组控制器还设置有RS485接口、RS232接口、USB接口、以太网接口、GPS接口、两机并车接口、智能电表接口和其他模块接口。
Claims (1)
1.一种基于ARM的多处理器柴油发电机组控制器，包括：ARM9核心控制处理器、FPGA信号处理器、AD采集电路、通信与显示电路以及外设接口电路，其特征在于：
1)所述的基于ARM的多处理器柴油发电机组控制器采用ARM9+FPGA的结构形式；
2)FPGA将采集到的发电机转速和电压的数据处理后送入控制中心ARM9处理，ARM9产生相应的控制信号通过独立的接口送到执行端口；
3)所述的基于ARM的多处理器柴油发电机组控制器采用模糊控制方式，在PID控制器前端加设模糊控制器；
4)液晶模块显示从ARM9中读取的数据；
5)两台或两台以上采用相同控制器的并联机组中的柴油发电机转速的数据由FPGA送到ARM9处理核心控制器后，并联机组的控制器输出各自一组PWM波占空比和频率调控相应机组的同步发电机转子磁场磁力线切割电枢绕组的频率，使并联机组平分负载有功功率；并联机组的发电机瞬时电压反馈信号经FPGA送到ARM9处理核心控制器，并联机组的控制器各自输出另一组PWM波占空比和频率调控相应机组的同步发电机转子绕组的励磁电流，使并联机组的三相线电压的瞬时相位一致；
6)所述的基于ARM的多处理器柴油发电机组控制器还设置有RS485接口、RS232接口、USB接口、以太网接口、GPS接口、两机并车接口和智能电表接口。
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