基于A(yíng)RM的柴油機電子調速器研究

本系統的輸入信號有：柴油機實(shí)際轉速信號、由電位器給出的設定轉速信號以及齒條位移反饋信號，均經(jīng)過(guò)信號調理后送入ARM。
選用磁電式轉速傳感器來(lái)測量柴油機實(shí)際轉速，得出的正弦交流信號經(jīng)整形電路調理與定寬處理后轉換為方波信號，方波信號隨后經(jīng)RC積分電路積分為電壓量，電壓量的大小與方波的頻率成正比，電壓量經(jīng)A／D轉換為數字量送ARM。
設定轉速信號由電位器給出，其輸出信號要經(jīng)過(guò)放大和A／D轉換后送ARM處理器。
齒條位移的檢測采用角位移傳感器，其輸出信號也要經(jīng)過(guò)放大和A／D轉換后送ARM進(jìn)行處理。
控制器主要完成調速與控制運算、系統工作狀態(tài)監測以及與外部PC機的通信聯(lián)絡(luò )等功能。是整個(gè)系統的核心部分，選擇Philips公司的LPC2129芯片?？刂破饔蒀PU、外圍輔助電路以及串行通訊控制器組成。
調速執行機構的功能是將轉速控制器輸出的油門(mén)開(kāi)度調節信號轉換成油泵齒條的直線(xiàn)位移運動(dòng)，使柴油主機的轉速與設定轉速相一致。電動(dòng)執行器本質(zhì)上是一個(gè)帶有內置式制動(dòng)器的伺服電動(dòng)機，并且安裝在高壓油泵油門(mén)齒條側，用以驅動(dòng)油門(mén)齒條。同時(shí)，執行器也將齒條位移的信息反饋給控制器，供控制運算和顯示用。另外，為了便于與PC機的通信，按RS232標準擴展了串行通信接口。通用異步收發(fā)器(UART)是用硬件實(shí)現異步串行通信的通信接口電路，LPC2129內部集成了2路UART電路。在電氣特性上，RS232標準采用負邏輯方式，標準邏輯1對應-15～-5 V電壓，標準邏輯0對應+5～+15 V電壓，所以在硬件上UART的TTL電平都需要采用SIPEX的SP3232芯片進(jìn)行電平轉換，才能與RS232接口連接并通信。

3 軟件設計
系統控制軟件由主控制軟件和若干個(gè)功能子程序和中斷程序構成。其中主程序完成系統硬件芯片的初始化和控制流程的管理。起動(dòng)、加減速、通訊、故障處理、人機交互等控制過(guò)程由相應的子程序完成。但轉速、齒條位移等反饋信號的采集、調節等運算、調節量的輸出等實(shí)時(shí)性要求高的環(huán)節則必須采用中斷控制的方式來(lái)實(shí)現。
3．1 轉速PID調節算法及實(shí)現
調速系統中的轉速控制采用PID控制算法，由于PID控制器具有原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現、適應性強、魯棒性強的優(yōu)點(diǎn)，使其成為柴油機調速系統中應用普遍且效果良好的轉速調節方式。其算法如式(1)所示：

式中：U(t)，e(t)為調節量和轉速偏差量；KP，TI，TD分別為比例增益、積分時(shí)間常數、微分時(shí)間常數。