小型汽油发电机作为人们日常生活备用电源之一在现今生活中发挥着越来越重要的作用,而伴随着科技的进步和人们对绿色环保概念的重视,使得小型汽油发电机的发展从传统的系统逐渐往变频调速控制系统方向研究,采用逆变技术和变频调速技术是小型汽油发电机领域今后发展的趋势和方向。本论文针对国内小型汽油发电机变频控制系统的现状,对汽油机整个控制系统进行研究,首先从控制系统的EMC设计出发对系统硬件部分各个模块进行整体的方案比较和确定,并且设计了适合本变频控制系统的汽油机点火器。

      着重对汽油机变频调速控制系统进行研究,分析了汽油机稳态和动态情况下的数学模型并且分析了适合本控制系统的几种控制算法,结合各个控制算法的优缺点终设计了PID-Fuzzy复合控制器,并且通过仿真结果对比表明本控制器的优越性。本论文还针对控制系统的软件部分进行设计,特别是对系统安全性角度出发进行软件设计。通过硬件保护电路和安全保护程序双重作用使得整个控制系统安全可靠并且大大增加了系统的使用寿命。后本论文依据国家标准对汽油机控制系统有关参数进行测试,为了体现本控制系统的优越性,分别与国内产品(Kipor)和国外产品(本田)在各个性能参数上进行比对,终得到的结果显示本控制系统在绝大多数性能上要优于这两款产品,实验表明本变频控制系统性能优异成本较低,值得推广。

       小型汽油发电机组具有体积小、重量轻、移动方便等特点,常被作为小型商场、娱乐场所、无人值守变电站等的备用电源而广泛应用,而且在国防设施、石油平台、野外勘探、移动通信以及灾害救援等领域也是不可缺少的关键装备之一。汽油机的转速稳定性是影响汽油发电机各项电气性能指标的重要因素之一,但目前汽油机转速测量与控制主要通过机械元件实现,就不可避免地存在惯性滞后、摩擦阻力大、调节粗糙等缺陷,其转速调整率一般在士10%左右。如果用这种汽油机去带动发电机,其输出电压调整率和稳态频率带将较大。

       致力于应用的智能控制和数字电子技术,设计一种智能数字式电子调速器,来解决机械式调速和常规模拟PID控制在汽油同步发电机转速调节中的局限性。本文分析了汽油同步发电机的工作原理,研究了它在改变负载、转换节气门开度时的工况,并建立了系统的数学模型,其中包含有励磁饱和等非线性环节,得出了引入数字式电子调速器的必要性。调好参数的常规PID控制器应用于非线性系统和复杂系统时,随着工况不同系统性能会变差甚至不稳定,不能从根本上解决动态品质和稳态性能之间的矛盾。而模糊控制模拟人类的思维方法,把对复杂系统的控制规则化、知识化,运算迅速而且又容易掌握,但是控制精度较差,无法彻底消除静差。

      如果把二者有机结合起来,就可以扬长避短,既具有模糊控制算法编制灵活和适应性强的优点,又具有PID控制精度高的特点。使用智能多模态控制,根据系统的实际运行状态,实时切换到控制算法,达到系统快速性、稳定性和准确性指标之间的结合。Matlab仿真结果表明,使用多模态控制比数字PID控制能够实现更小的超调量和更短的调节时间,从而达到更好的动态性能。本设计是在三鼎SDQF2-II型单相汽油发电机组上实现的,控制系统以单片机微控制器为中心,具有频率测量与显示、控制运算、节气门控制输出、报警保护、与计算机通信等功能模块,设计过程分为硬件和软件两个部分。进行了稳态试验和负载切换的动态试验,并用计算机端应用程序来记录汽油发电机运行的频率和节气门开度等数据,以测试控制算法实际效果。在应用了多模态控制方法以后,实现了国家机械行业标准工频汽油发电机组JB/T10304-2001规定的G2频率等级。由于使用单片机微控制器进行转速调节,对不同型号选用合适的控制参数,就可以使用本文设计的数字式电子调速器进行转速调节。