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基于DSP的发动机试验台测控系统研究

作　者: 万乐生
导　师: 暨仲明
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 发动机试验台电涡流测功机 DSP2812 模糊PID控制
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

社会的发展迫切要求发动机在降低能耗和减少有害气体排放等方面有更大的进步,因而也对发动机测试提出了更高的要求。本文在调查研究国内外发动机测控技术后,在原有发动机测控系统的基础上,提出了用数字信号处理器控制,采用模糊PID算法实现发动机台架的自动化测试方案。该方案设计简单、功能强大,控制精度高,稳定性好,具有良好的应用价值和借鉴价值。根据系统要实现的功能和达到的指标,系统采用DSP2812为核心控制器,电涡流测功机模拟发动机负载,主要完成速度特性试验、负荷特性试验、万有特性试验及其他各种专项试验。从动力学分析的角度出发对试验台系统建立数学模型,分别对测功机吸收转矩、测功机励磁电流、发动机-测功机传动系统、发动机有效转矩建立动力学模型。随后研究了PID控制和模糊控制的原理,并结合两者设计了一个两输入三输出的模糊PID控制器,利用专家经验设计模糊规则,实现发动机,测功机的快速稳定控制。最后通过MATLAB仿真验证了模糊PID控制器优越的动态和稳态控制性能。在硬件方面,设计了DSP系统及其外围电路,完成了油门驱动电路和电涡流驱动的设计。概要介绍了直流力矩电机驱动原理,油门驱动采用IPM(智能功率模块)实现电机全桥驱动,具有可靠性高、集成度高及驱动能力强等优点;分析了转速、转矩、温度、压力、电流等信号的测量原理,完成了各个信号调理电路的设计。在软件方面,对于DSP系统软件部分主要完成包括主函数、各功能子函数如PWM模块、通信模块、信号捕捉模块、ADC采样等模块的编程,给出了各个模块的程序流程图。介绍了上位机系统的软件结构图和系统软件程序运行流程图。最后通过软硬件的联合调试,将设计的测控系统用于发动机测试,取得了良好的测试效果。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-14
  1.1 发动机试验台测控系统的用途和意义  10
  1.2 发动机试验台测控系统的现状和发展趋势  10-12
  1.3 本文研究目的和意义  12-13
  1.4 本文要做的工作  13-14
第二章发动机试验台测控系统概述  14-18
  2.1 发动机试验台测控系统要实现的功能和达到的指标  14-15
    2.1.1 实现的功能  14-15
    2.1.2 达到的指标  15
  2.2 发动机试验台测控系统结构组成  15-17
  2.3 发动机试验台测控系统原理  17
  2.4 本章小结  17-18
第三章发动机试验台测控系统建模及控制器设计  18-35
  3.1 发动机-测功机模型开发  18-21
    3.1.1 测功机模型  18-21
    3.1.2 发动机-测功机传动系统动力学模型  21
    3.1.3 发动机模型  21
  3.2 模糊PID 控制器原理及其设计  21-33
    3.2.1 常规PID 控制与模糊控制的原理  22-27
    3.2.2 模糊PID 控制器设计  27-33
  3.3 模糊PID 控制的MATLAB 仿真  33-34
  3.4 本章小结  34-35
第四章发动机试验台测控系统硬件设计  35-57
  4.1 DSP 控制器介绍及其外围电路  35-41
    4.1.1 DSP 控制器介绍  35-36
    4.1.2 供电电路  36-37
    4.1.3 时钟电路  37-38
    4.1.4 存储器扩展电路  38-39
    4.1.5 RS232 通信接口  39-40
    4.1.6 仿真接口电路  40
    4.1.7 系统存储空间分配  40-41
  4.2 测控系统驱动电路设计  41-50
    4.2.1 油门执行器驱动电路设计  41-47
    4.2.2 电涡流测功机驱动电路设计  47-50
  4.3 测控系统信号调理电路设计  50-56
    4.3.1 转速检测  51-52
    4.3.2 转矩检测  52-53
    4.3.3 温度检测  53-54
    4.3.4 压力检测  54-55
    4.3.5 励磁电流检测  55-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章发动机试验台测控系统软件设计  57-69
  5.1 下位机软件设计  57-66
    5.1.1 系统主程序  57-59
    5.1.2 转速捕获程序  59-60
    5.1.3 ADC 采样程序  60-62
    5.1.4 模糊PID 控制程序  62-63
    5.1.5 PWM 程序  63-64
    5.1.6 串口通信协议  64-66
  5.2 上位机软件介绍  66-68
  5.3 本章小结  68-69
第六章发动机测试及结果分析  69-72
第七章总结与展望  72-74
  7.1 全文总结  72
  7.2 展望  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-78
附录一  78-85
附录二  85

基于DSP的发动机试验台测控系统研究

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