一种柴油发电机控制方法及系统与流程

本发明涉及柴油发电机控制技术领域，尤其涉及一种柴油发电机控制方法及系统，特别是针对交直内燃机车柴油机调速器老化的柴油机控制方法及系统。

背景技术：

目前交直内燃机车使用的较多的是16v280zja型柴油机，并通过柴油机驱动发电机发机为牵引电机提供电能。由于机车对安全可靠性要求比较高，柴油机部分关键件采用了进口件，比如调速器有些就采用了woodward公司的pgev调速器，但是随着长时间的使用，调速器由于磨损等原因，性能不断下降。柴油机供油原理如图1所示：启动发电机带动柴油机旋转后，调速器伺服马达输出轴开始转动，通过摇臂拉动弹性拉杆。在此过程中，弹性拉杆并未直接传力拉动供油转杆，而是摇臂先缓慢拉动了拉杆。拉杆被拉动一段距离后，弹性拉杆套才被猛然拉动并带动转杆，把齿条迅速推至相应供油位，柴油机启动。不同档位下，柴油机供油位不同，调速器输出轴指示臂如果瞬间过小或过大，会造成喷油泵油量不均衡，严重时造成柴油机游车或启停不平稳。针对柴油机调速器老化，引起柴油机转速在个别档位出现“游车”现象和低档位牵引启动不平稳，目前主要方法有：1.更换新的机械液压调速器，但是配件时间长，成本高；2.更换其他电子调速器，但是还要改造线路，性能不一定匹配，人力和金钱都要消耗不少。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种简单实用，不影响柴油机功率发挥，可有效解决柴油机调速器老化造成“游车”现像和低档位牵引启动不稳，保证机车平稳启停，增加机车的舒适性，并且改造成本低，方便维护的柴油发电机控制方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种柴油发电机控制方法，包括：根据柴油机当前档位的给定功率和发电机的实际功率来计算发电机的励磁驱动信号，并通过所述励磁驱动信号驱动发电机的励磁系统。

作为本发明的进一步改进，通过pid算法计算发电机励磁驱动信号。

作为本发明的进一步改进，将所述柴油机的档位划分为不同的段位，不同的段位采用不同的pid参数。

作为本发明的进一步改进，所述给定功率通过获取柴油机司控器信号、机车工况信号和柴油机转速计算得出；

所述实际功率通过获取发电机的实际输出电压和实际输出电流计算得出；

所述pid算法根据实际功率和给定功率的偏差值、上一次计算的励磁驱动信号计算确定柴油发电机的当前励磁驱动信号。

作为本发明的进一步改进，所述pid算法如式(1)所示：

式(1)中，δu(kt)中为励磁驱动信号增量；u(kt)为第k步的励磁信号，u[(k-1)t]为第k-1步的励磁信号，e(kt)为第k步实际功率与给定功率的偏差值，e[(k-1)t]为第k-1步实际功率与给定功率的偏差值，e[(k-2)t]为第k-2步实际功率与给定功率的偏差值，kp、ki、kd均为预设的pid参数。

一种柴油发电机控制系统，包括：处理模块、输入模块和驱动输出模块；所述输入模块和驱动输出模块均通过总线与所述处理模块连接；

所述输入模块用于采集柴油机控制信号、转速信号和发电机的电压、电流信号，并提供给所述处理模块；

所述处理模块用于根据所述柴油机控制信号、转速信号计算柴油机的给定功率，根据所述电压、电流信号计算发电机的实际功率，并根据所述给定功率和实际功率计算发电机励磁驱动信号；

所述驱动输出模块用于根据所述励磁驱动信号驱动发电机励磁系统。

作为本发明的进一步改进，所述输入模块包括数字量处理模块、模拟量处理模块和频率量模块；

所述数字量处理模块用于采集控制信号；

所述模拟量处理模块用于采集发电机的电压、电流信号，并转换为数字量信号；

所述频率量模块用于采集柴油机的转速信号。

作为本发明的进一步改进，所述控制信号包括司控器信号和机车工况信号。

作为本发明的进一步改进，所述处理模块将所述柴油机的档位划分为不同的段位，不同的段位采用不同的pid参数，通过pid算法计算发电机励磁驱动信号。

作为本发明的进一步改进，还包括电源模块，用于为所述处理模块、输入模块和驱动输出模块提供电源。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明简单实用，不影响柴油机功率发挥，可有效解决柴油机调速器老化造成“游车”现像和低档位牵引启动不稳，保证机车平稳启停，增加机车的舒适性，并且改造成本低，方便维护。

附图说明

图1为本发明中柴油机调速器示意图。

图2为本发明具体实施例流程示意图。

图3为本发明具体实施例控制过程流程示意图。

图4为本发明具体实施例结构示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图2所示，本实施例的柴油发电机控制方法，包括：根据柴油机当前档位的给定功率和发电机的实际功率来计算发电机的励磁驱动信号，并通过所述励磁驱动信号驱动发电机的励磁系统。在本实施例中，通过增量式pid算法来计算励磁驱动信号。pid算法如式(1)所示：

式(1)中，δu(kt)中为励磁驱动信号增量；u(kt)为第k步的励磁信号，u[(k-1)t]为第k-1步的励磁信号，e(kt)为第k步实际功率与给定功率的偏差值，e[(k-1)t]为第k-1步实际功率与给定功率的偏差值，e[(k-2)t]为第k-2步实际功率与给定功率的偏差值，kp、ki、kd均为预设的pid参数。

在本实施例中，所述给定功率通过获取柴油机司控器信号、机车工况信号和柴油机转速计算得出；所述实际功率通过获取发电机的实际输出电压和实际输出电流计算得出；所述pid算法根据实际功率和给定功率的偏差值、上一次计算的励磁驱动信号计算确定柴油发电机的当前励磁驱动信号。在本实施例中，发电机的实际输出电压为发电机主整流器的输出电压，实际输出电流为发电机主整流器的输出电流，实际功率为实际输出电压和实际输出电流的乘积。采用增量式pid算法简单，只需保存上一次计算的u[(k-1)t]和e[(k-1)t]，易于软件实现。

在本实施例中，司控器信号为机车档位逻辑的编码信号，根据该信号可确定机车的档位。机车工况信号包括牵引工况信号、励磁接触器闭合信号、制动工况信号、制动接触器闭合信号、自负荷工况信号，通过上述工况信号可以判断出机车工况。在确定机车的档位、工况后，根据柴油机转速通过查表即可得到柴油机的主发输出功率、check功率(即主发输出功率减去辅助系统功率)及给定功率。

在本实施例中，将所述柴油机的档位划分为不同的段位，不同的段位采用不同的pid参数。对于具有16个档位的16v280zja型柴油机，在本实施例中采用如下分段方法，1至3档划分为一个段位，4至8档划分为一个段位，9至12档划分为一个段位，13至16档划分为一个段位。对于不同的段位，采用不同的pid参数，pid参数通过预先的试验所确定，并存储在存储空间中，在实际运行中，只需要确定柴油机的档位，即可直接从存储空间中读取档位所在段位的pid参数，通过pid算法计算发电机的励磁驱动信号。通过将柴油机的档位分段克服了柴油机在高档位和低档位时的转速相差大，功率相差大，从而机车的功率控制难的问题，也增加了pid算法的灵活性。在本实施例中，不同段位对应的pid参数通过显示器显示，同时，还将机车档位、check功率、以及功率上升率和功率下降率显示在显示器上，以方便控制人员清楚完整了解机车的运行状态，并可通过显示器对显示的参数进行调整，以增加本方法的灵活性。

在本实施例中，控制系统通过本方法对柴油机控制的具体过程如图3所示，系统启动后进行初始化，初始化过程包括从存储器读取pid参数，并判断是否需要对pid参数进行重新设置，是则通过显示控制设备对pid参数进行调整，并将调整后的参数进行存储，以方便下次使用；否则直接用读取的pid参数。再通过上述方法获取司控器信号、机车工况信号和柴油机转速计算给定功率(目标功率)，通过实时获取的电流信号和电压信号计算实际功率(反馈功率)，通过给定功率和实际功率通过增量pid算法计算发电机的励磁驱动信号，通过对发电机的励磁系统的控制来影响柴油机，使得柴油机的输出功率稳定。

如图4所示，本实施例的柴油发电机控制系统，包括：处理模块、输入模块和驱动输出模块；所述输入模块和驱动输出模块均通过总线与所述处理模块连接；所述输入模块用于采集柴油机控制信号、转速信号和发电机的电压、电流信号，并提供给所述处理模块；所述处理模块用于根据所述柴油机控制信号、转速信号计算柴油机的给定功率，根据所述电压、电流信号计算发电机的实际功率，并根据所述给定功率和实际功率计算发电机励磁驱动信号；所述驱动输出模块用于根据所述励磁驱动信号驱动发电机励磁系统。驱动输出模块通过输出隔离模块总线连接，以实现驱动输出模块与总线之间的电气隔离，保证系统运行稳定。

在本实施例中，所述输入模块包括数字量处理模块、模拟量处理模块和频率量模块；所述数字量处理模块用于采集控制信号；所述模拟量处理模块用于采集发电机的电压、电流信号，并转换为数字量信号；所述频率量模块用于采集柴油机的转速信号。其中，控制信号包括司控器信号和机车工况信号。模拟量处理模块还包括信号转换模块，用于将电流信息转换为电压信息，以方便模拟量处理模块进行处理。模拟量处理模块还包括有ad转换模块，用于将模拟量转换为数字量，以使得处理模块能够直接对数据进行处理。模拟量处理模块通过输入隔离电路与总线连接，用于实现模拟量处理模块与总线之间的电气隔离，以保证系统运行更加稳定。数字量处理模块同样通过输入隔离模块与总线连接，用于实现数字量处理模块与总线之间的电气隔离，保证系统运行的稳定。

在本实施例中，所述处理模块将所述柴油机的档位划分为不同的段位，不同的段位采用不同的pid参数，通过pid算法计算发电机励磁驱动信号。对于具有16个档位的16v280zja型柴油机，在本实施例中采用如下分段方法，1至3档划分为一个段位，4至8档划分为一个段位，9至12档划分为一个段位，13至16档划分为一个段位。对于不同的段位，采用不同的pid参数，pid参数通过预先的试验所确定，并存储在存储空间中，在实际运行中，只需要确定柴油机的档位，即可直接从存储空间中读取档位所在段位的pid参数，通过pid算法计算发电机的励磁驱动信号。在本实施例中，档位划分情况及pid参数等信息存储在处理模块的存储器中，以方便随时调用。同时，还包括与处理模块连接显示控制设备，通过显示控制设备可以显示、修改栏位划分情况及pid参数。还包括电源模块，用于为所述处理模块、输入模块和驱动输出模块提供电源。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。