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基于无模型PID机车柴油发电机组调速器的研究

作　者: 赵飞
导　师: 于少娟
学　校: 太原科技大学
专　业: 电气工程
关键词: 柴油发电机组电子调速器无模型自适应控制电能质量 Quanser
分类号: TM314
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

机车柴油发电机组的输出电能质量决定机车用电设备的运行特性，而柴油发电机组的转速是否稳定会直接影响其输出电能质量。因此，转速的稳定控制是保障机车用电设备性能的关键因素。目前，柴油发电机组调速系统存在响应速度慢、控制精度差以及负荷变化较大时机组输出电压幅值和频率波动较大的问题。所以，研究柴油发电机组调速器具有重要的现实意义。无模型控制是一种不依赖于被控对象精确数学模型的先进控制策略，对非线性、延迟、时变等特性的系统具有很好的控制效果。针对机车柴油发电机组调速系统在负荷变化时响应特性差的问题，采用无模型控制与PID控制串联的方式，在常规PID控制下，加入无模型自适应控制，对系统转速偏差进行控制。首先，建立了机车柴油发电机组调速系统的数学模型；然后，利用Matlab中Simulink搭建了系统的仿真模型，并进行仿真研究。仿真结果表明：柴油发电机组采用无模型PID控制，能够在负荷变化时，有效地减少瞬时调速率和稳定时间，并使其转速过渡过程变快且保持相对平稳，以保证输出电能质量；最后，利用Quanser半实物实验平台对系统进行类比实验，设计了调速系统的硬件结构和软件流程图，验证了无模型PID控制方法可行并且具有工程实际意义。

全文目录

中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-9
第一章绪论  9-19
  1.1 课题研究的背景和意义  9-10
  1.2 柴油发电机组调速系统概况  10-14
    1.2.1 柴油发电机组调速器的发展概况  10
    1.2.2 柴油发电机组调速系统控制原理  10-11
    1.2.3 柴油发电机调速系统控制特点  11-13
    1.2.4 柴油发电机组调速系统的国内外研究现状  13-14
  1.3 无模型自适应控制方法的介绍  14-16
    1.3.1 无模型控制的简介  14-15
    1.3.2 无模型自适应控制的概述  15-16
  1.4 本课题的主要研究工作  16-19
第二章柴油发电机组调速系统的建模分析  19-29
  2.1 柴油发电机组调速系统的理论基础  19
  2.2 柴油发电机组调速系统的建模  19-27
    2.2.1 柴油机及其调速系统模型的建立  20-25
    2.2.2 同步发电机模型  25-27
  2.3 本章小结  27-29
第三章柴油发电机组调速系统控制器的设计  29-47
  3.1 PID 控制理论  29-30
    3.1.1 PID 控制原理  29-30
    3.1.2 PID 参数整定方法  30
  3.2 无模型控制理论  30-41
    3.2.1 无模型控制律  30-34
    3.2.2 无模型控制律稳定性与收敛性的分析  34-39
    3.2.3 无模型自适应控制的基本原理及分析  39-41
  3.3 控制器的设计  41-45
    3.3.1 无模型控制器的设计  41-45
    3.3.2 无模型 PID 控制器设计  45
  3.4 本章小结  45-47
第四章系统仿真研究  47-57
  4.1 仿真的初始化设置  47-48
    4.1.1 系统稳定运行的初始值设置  47
    4.1.2 算法的选择和精度的设置  47-48
    4.1.3 模型参数的设置  48
  4.2 系统仿真模型的建立  48-56
    4.2.1 无模型 PID 仿真结果及分析  49-50
    4.2.2 不同控制方法的仿真结果比较  50-56
  4.3 本章小结  56-57
第五章柴油发电机组调速系统的实验研究  57-63
  5.1 QUANSER 半实物实验平台  57-60
    5.1.1 Quanser 介绍  57-58
    5.1.2 控制系统流程图  58
    5.1.3 系统开发步骤  58-60
  5.2 系统基于 QUANSER 时实仿真系统的设计及实验验证  60-62
  5.3 本章小结  62-63
第六章总结与展望  63-65
参考文献  65-69
致谢  69-71
攻读学位期间发表的学术论文  71-72

基于无模型PID机车柴油发电机组调速器的研究

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