一種燃油噴射系統(tǒng)實驗臺智能化改造與設計

1、    一種燃油噴射系統(tǒng)實驗臺智能化改造與設計摘要：實現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導放大器-電容(OTAC)連續(xù)時間型濾波器的結構、設計和具體實現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設計濾波器帶寬進行控制，并利用ADS軟件進行電路設計和仿真驗證。仿真結果表明，該濾波器帶寬的可調范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關鍵詞：Buttel 前言    燃油噴射系統(tǒng)是柴油機的重要組成部

2、分，其性能的好壞直接決定了柴油機的動力性、經濟性及排放性。噴浦泵是該系統(tǒng)中最重要的部件。燃油噴射系統(tǒng)實驗臺是調整和測試噴油泵的主要設備。6PSDl301型電子控制燃油噴射系統(tǒng)實驗臺是80年代的產品其電氣控制電路由大量分立元件構成，不僅測試靈敏度低，設定調整不方便，故障率高，而且電路元件大多老化和損壞。為了滿足噴油次數(shù)預置、計數(shù)與計滿后自動停止，以及各種相關系數(shù)的顯示，采用計算機和自動控制技術，對其進行技術改造，從而實現(xiàn)了主軸轉速預置、測速和調速等多種功能。2 技術改造方案   現(xiàn)有的6PSDl30一1型電子控制燃油噴射系統(tǒng)實驗臺屬于D系列電子控制無級調速型即晶閘管

3、轉差離合器調速實驗臺。該燃油噴射系統(tǒng)實驗臺的主電機功率為130 kW，主軸轉速范圍為1201200 rmin，量油計數(shù)次數(shù)的基數(shù)為100次，計數(shù)次數(shù)選擇范圍為100500次；其動力和控制部分采用分立元件，無試驗油溫監(jiān)測和控制系統(tǒng)；量油部分采用傳統(tǒng)的玻璃量筒目測，測試不方便且精度低。國外的燃油噴射系統(tǒng)實驗臺已開始采用微機量油及數(shù)顯系統(tǒng)。因此，為提高測試精度，按國標要求對傳統(tǒng)結構進行改進，要求系統(tǒng)達到：數(shù)字顯示壓力、溫度、轉速與計數(shù)等參數(shù)；燃油恒溫控制在40；自動控制倒油時間；數(shù)顯油量與屏幕顯示油量。    采用AT89C52單片機作為整個控制系統(tǒng)的核心。圖1示出系統(tǒng)

4、設計總體框圖。它主要由傳感器、AT89C52單片機、PC機、存儲器及接口電路等組成翻。    該系統(tǒng)利用傳感器采集主軸轉速、噴油壓力和溫度等信號，并將信號轉換為相應的電壓輸出信號，該輸出信號經信號處理電路處理后送入AT89C52單片機，在單片機內部程序以及處理電路控制下生成相應的噴油量，并由PC機顯示。3 系統(tǒng)硬件設計   系統(tǒng)硬件設計分為噴油計數(shù)模塊和主軸轉速模塊兩大部分，后者又分為測速模塊和調速模塊。31 噴油計數(shù)模塊   噴油計數(shù)模塊由AT89C52單片機、外部數(shù)據(jù)存儲器RAM6264、計數(shù)傳感器、

5、整形放大器、光電隔離電路、繼電器、電磁鐵、擋油板機構、PC機、RS485接口構成。圖2給出噴油計數(shù)模塊的硬件設計。    從PC機鍵盤輸入預置的噴油次數(shù)，通過PC機與AT89C52單片機的通信傳送到單片機的數(shù)據(jù)存儲器。按下集油按鈕后，繼電器吸合，通斷油機構中與擋油板相連的電磁鐵通電，擋油板拉出，實驗油開始流入量筒，實驗臺處于量油狀態(tài)。主軸轉一圈，噴油泵噴一次油，AT89C52單片機的T0利用計數(shù)傳感器輸出的脈沖進行計數(shù)。當噴油次數(shù)與預置值相等時，繼電器斷開，使電磁鐵斷電，將擋油板推回，阻止噴油進入量筒，實驗臺處于斷油狀態(tài)。此時，量筒中的油量即是給定噴油次數(shù)的噴油總

6、量。在量油的實時過程中，噴油次數(shù)從零開始顯示，一直顯示到預置的噴油次數(shù)。32 主軸轉速模塊   圖3示出主軸轉速模塊硬件設計電路。它由AT89C52單片機、外部數(shù)據(jù)存儲器RAM6264、RS485串行接口、PC機、8155可編程并行I/O器件、分頻器、測速傳感器、放大整形電路、觸發(fā)隔離驅動電路、晶閘管和電動機組成。    速度由PC機鍵盤給定，AT89C52單片機的T1計數(shù)和8155定時結合對從測速傳感器來的脈沖進行計數(shù)、運算，測出實際轉速。預置轉速與實際轉速之差經PID算法調節(jié)后輸出給DA轉換器，通過觸發(fā)驅動電路改變晶閘管的導通角，

7、從而調節(jié)主軸電動機的勵磁電流，以達到控制主軸轉速的目的。PC機實時顯示主軸電動機的轉速。4 控制算法設計及參數(shù)整定41 控制算法   由于單片機控制屬于一種采樣控制，它是根據(jù)采樣時刻的偏差計算控制量，因此由PID調節(jié)的規(guī)律數(shù)值表達式為：       由式(3)可見，增量算法只需保持實現(xiàn)前3個時刻的偏差值。為了提高系統(tǒng)的快速性，避免運算溢出，算法對偏差和控制輸出限定了最大偏差量和最大輸出量。42 參數(shù)整定   調速控制過程中，對象模型常采用一階慣性加純滯后環(huán)節(jié)來描述，其傳遞函數(shù)

8、為：   式中：K為對象的靜態(tài)增益；T1為對象的時間常數(shù)；T為對象的純滯后常數(shù)。    采用CohnCoon方法進行參數(shù)整定，根據(jù)對象的飛升實驗曲線來提取對象的特征參數(shù)計算公式為：       由式(5)得到K、T、整定出PID調節(jié)器參數(shù)。5 系統(tǒng)軟件設計   系統(tǒng)軟件設計采用模塊化設計方法，主要包含PC機、AT89C52單片機和數(shù)據(jù)通信等模塊。其中，PC機模塊是控制中心，決定著整個系統(tǒng)程序的結構和流程，主要用于完成系統(tǒng)與操作人員的交互功能，實現(xiàn)參數(shù)設定、動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示、查詢標準調試數(shù)據(jù)、打印數(shù)據(jù)報表等功能。圖4給出系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)顯示設計方案。    AT89C52單片機模塊采用MCS一51系列單片機匯編語言編寫。它包括主程序設計、噴油計數(shù)程序設計、測速程序設計、調速程序設計和數(shù)據(jù)采集程序設計。AT89C52單片機模塊按采樣周期定時采樣，并接收PC機發(fā)送的命令，對實驗臺自動控制；數(shù)據(jù)通信模塊能實現(xiàn)PC機與單片機之間的數(shù)據(jù)傳輸。圖5給出AT89C52單片機模塊