基于ARM的柴油機(jī)電子調(diào)速器研究

本系統(tǒng)的輸入信號有：柴油機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速信號、由電位器給出的設(shè)定轉(zhuǎn)速信號以及齒條位移反饋信號，均經(jīng)過信號調(diào)理后送入ARM。
選用磁電式轉(zhuǎn)速傳感器來測量柴油機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，得出的正弦交流信號經(jīng)整形電路調(diào)理與定寬處理后轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為數(shù)字量送ARM。
設(shè)定轉(zhuǎn)速信號由電位器給出，其輸出信號要經(jīng)過放大和A／D轉(zhuǎn)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)過放大和A／D轉(zhuǎn)換后送ARM進(jìn)行處理。
控制器主要完成調(diào)速與控制運(yùn)算、系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)測以及與外部PC機(jī)的通信聯(lián)絡(luò)等功能。是整個(gè)系統(tǒng)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(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能是將轉(zhuǎn)速控制器輸出的油門開度調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換成油泵齒條的直線位移運(yùn)動(dòng)，使柴油主機(jī)的轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速相一致。電動(dòng)執(zhí)行器本質(zhì)上是一個(gè)帶有內(nèi)置式制動(dòng)器的伺服電動(dòng)機(jī)，并且安裝在高壓油泵油門齒條側(cè)，用以驅(qū)動(dòng)油門齒條。同時(shí)，執(zhí)行器也將齒條位移的信息反饋給控制器，供控制運(yùn)算和顯示用。另外，為了便于與PC機(jī)的通信，按RS232標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展了串行通信接口。通用異步收發(fā)器(UART)是用硬件實(shí)現(xiàn)異步串行通信的通信接口電路，LPC2129內(nèi)部集成了2路UART電路。在電氣特性上，RS232標(biāo)準(zhǔn)采用負(fù)邏輯方式，標(biāo)準(zhǔn)邏輯1對應(yīng)-15～-5 V電壓，標(biāo)準(zhǔn)邏輯0對應(yīng)+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(zhuǎn)換，才能與RS232接口連接并通信。

3 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)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(gòu)成。其中主程序完成系統(tǒng)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(jī)交互等控制過程由相應(yīng)的子程序完成。但轉(zhuǎn)速、齒條位移等反饋信號的采集、調(diào)節(jié)等運(yùn)算、調(diào)節(jié)量的輸出等實(shí)時(shí)性要求高的環(huán)節(jié)則必須采用中斷控制的方式來實(shí)現(xiàn)。
3．1 轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)算法及實(shí)現(xiàn)
調(diào)速系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速控制采用PID控制算法，由于PID控制器具有原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)、適應(yīng)性強(qiáng)、魯棒性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，使其成為柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用普遍且效果良好的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式。其算法如式(1)所示：

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