基于A(yíng)RM的柴油機電子調速器研究

摘要：將嵌入式系統應用到船舶柴油機電子調速器的控制系統中，提出了采用LPC2129控制的柴油機數字式電子調速器。給出了系統的硬件總體結構設計和軟件設計流程。硬件方面闡述了以L(fǎng)PC2129為核心所構建的硬件各組成部分。針對嵌入式系統的特點(diǎn)進(jìn)行了電子調速器嵌入式控制系統的研究，實(shí)現了控制系統中的PID控制算法，實(shí)驗表明，能克服傳統機械式諸多方面的缺點(diǎn)，滿(mǎn)足大多數中高速柴油機不同工況下的調速要求。
關(guān)鍵詞：柴油機；電子調速器；ARM；PID控制

0 引言
調速器是柴油機自動(dòng)調節系統的重要部件，它根據柴油機負載的變化自動(dòng)調節柴油機的供油量，使柴油機的轉速保持穩定，從而保證柴油機具有良好的工作性能。目前我國船舶行業(yè)大多數柴油機采用的機械式調速器已逐漸不能滿(mǎn)足動(dòng)力設備越來(lái)越高的要求。采用電子調速器代替機械式調速器的方法，既能提高柴油機的各項性能，又不至于大幅度提高成本。
嵌入式系統作為一種新的技術(shù)發(fā)展趨勢受到人們的廣泛關(guān)注，本文將嵌入式系統應用到柴油機電子調速器的控制系統中，介紹一種嵌入式電子調速器的軟硬件設計。該調速器是一個(gè)閉環(huán)控制系統，以L(fǎng)PC2129控制器為核心。轉速給定信號和位置反饋信號以及實(shí)際轉速測量信號經(jīng)過(guò)A／D轉換成數字量送入ARM處理器，當實(shí)際轉速和設定轉速不相等時(shí)，產(chǎn)生轉速偏差，然后對偏差進(jìn)行PID運算處理，向執行機構輸出一個(gè)油門(mén)開(kāi)度調節信號，調節柴油機循環(huán)供油量，使柴油機按預先設定的轉速穩定運轉。當設定轉速發(fā)生變化時(shí)，系統能夠以同樣的方式迅速達到設定轉速，改善了柴油機的響應性能。

1 LPC2129的功能及特點(diǎn)
LPC2129是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16／32位ARM7TDMI—S CPU的微控制器，并帶有256 KB嵌入的高速FLASH存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運行。對代碼規模有嚴格控制的應用可使用16位Thumb模式將代碼規模降低超過(guò)30％，而性能的損失卻很小。LPC2129有較小的64腳封裝、極低的功耗、多達46個(gè)GPIO(可承受5 V電壓)。片內獨特的PLL環(huán)可實(shí)現最大為60 MHz的CPU操作頻率。12個(gè)獨立外部中斷引腳(EIN和CAP功能)，獨有的向量中斷控制器可配置中斷優(yōu)先級和向量地址。雙電源供電，2個(gè)低功耗模式：空閑和掉電。同時(shí)該芯片豐富的基本外設使得在不同的環(huán)境下都能得到高效的應用。

2 硬件設計
2．1 調速系統控制策略
本系統所采用的控制策略，是齒條位置和轉速串級控制。其控制策略框圖如圖1所示。

如圖所示內環(huán)為位移環(huán)，外環(huán)為轉速環(huán)。使用串級控制的目的是為了改善過(guò)程的動(dòng)態(tài)性能，能提高控制質(zhì)量，使系統對負荷變化的適應性較強。這里，轉速控制器和位置控制器所采用的都是PID控制算法，并且都是由LPC2129控制器實(shí)現。