[发明专利]一种汽油机电子调速器

说明书

技术领域

本发明属于汽油机电子调速器技术领域，涉及一种汽油机电子调速器。

背景技术

汽油机调速器的作用是依靠控制软件来实现调节和控制功能，使汽油机的转速在负荷不断变化的情况下，稳定在设定的转速范围内。分析国内外有关电子调速器研究现状的基础上，针对电子调速器在汽油机的过渡过程中，如何提高电子调速器的动态特性进行了研究。分析了汽油机在过渡过程中转速变化与节气门开度变化之间的关系以及节气门的调节量对电子调速器的动态特性的影响。采用分段式数字PID控制，根据汽油机过渡过程的要求，提高电子调速器的动态响应速度，改善瞬时调速率，及时消除超调量，缩短稳定时间。

电子调速器依靠控制软件来实现调节和控制功能，使汽油机的转速在负荷不断变化的情况下，稳定在设定的转速范围内。解决了机械式调速器无法克服的缺点，其稳态、瞬态调速率以及过渡时间都可通过程序进行控制，具有很强的通用性和扩展能力。执行机构采用四相步进电机，将电脉冲信号变化成转角或转速的执行电动机。只要软件设计得当，就可以直接驱动汽油机的节气门，其控制精度较高，而且控制系统线路简单、功放元件少、工作可靠。

现有汽油机上的调速器普遍使用的是机械式调速器，它存在稳态、瞬时调速性能较差，稳定时间较长等缺点。目前国内外针对小型高速汽油机用电子调速器进行的研究相对较少。与柴油机用电子调速器相比，汽油机用电子调速器有较大的技术难度，其中主要原因在于汽油机转速高，转动惯量小，突加或突卸负荷时的dn/特别大，以及化油器静态特性的非线性和动态特性中的过度性能差等方面，特别是对电子调速器的动态特性有很高的要求。为适应生产的需要，开发一种价格低廉、可靠性高、具有通用性和扩展性的数字式电子调速器是十分必要的，其应用前景非常广阔。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽油机电子调速器，解决了现有的汽油机调速器采用机械式稳态、瞬时调速性能较差的问题。

本发明所采用的技术方案是包括转速采样模块、数字控制器、执行驱动模块和执行器；所述转速采样模块获取当前的转速信号，对信号进行数字化处理后送给数字控制器；所述数字控制器，在数字控制器中利用PID数字控制算法对收到的信号进行处理，得到控制命令输送给执行驱动模块；所述执行驱动模块根据控制命令驱动执行器执行控制命令；所述执行器控制汽油机的节气门，从而对汽油机的输出转速进行调节。

进一步，所述PID数字控制算法公式如下：

ΔU(i)＝K'_Ie(i)+K'_p[e(i)-e(i-1)]+K'_D[e(i)+e(i-2)-2e(i-1)]

式中，e(i)表示当前转速与设定值之差；表示比例系数，e(i)-e(i-1)表示当前转速与前一次转速之差，反映速度的变化快慢；e(i)+e(i-2)-2e(i-1)转速的加速度；ΔU(i)为输出的控制增量，数值的大小表示当次计算需要调节的量，当值为正时，表示需要关小节气门；当值为负时，表示要开大节气门，由于汽油机的转速很高，速度的变化快慢以及加速度的变化可以忽略不计，故取积分系数K'_p、微分系数K'_D为零。

整个控制电路由核心控制单元AT89C51单片机最小系统以及外围电路组成；外围电路包括输入信号整形电路、转速采用电路以及步进电机的驱动电路；汽油机的输出转速信号，经过输入信号整形电路的运算放大器进行放大、光电耦合器对其整形后，隔离干扰信号后，再经过非门电路，虑去负半周期的信号，作为单片机最小系统的输入信号，单片机最小系统对输入的信号通过PID数字控制算法进行计算，经过步进电机驱动电路，实现步进电机的正反转的控制，进而实现汽油机节气门以及转速的控制。

进一步，所述单片机最小系统包括AT89C51单片机，晶振电路和复位电路，晶振电路中的晶振即石英晶体振荡器，是用来产生基准频率，通过基准频率来控制电路中频率的准确性，同时，它还可产生振荡电流，向单片机发出时钟信号，电路中电容C1和C2选择为30pF，晶振频率为12MHz，复位电路采用手动按键复位。

进一步，所述信号整形电路对汽油机的输出转速信号，经过运算放大器进行放大、光电耦合器对齐整形后的信号进行隔离，去掉电路中的干扰信号。

本发明的有益效果是采用的汽油机电子调速器具有可靠性高，瞬时调速性能好。

附图说明

图1是本发明电子调速器模块结构示意图；

图2是本发明控制电路图；

图3是本发明单片机最小应用系统电路原理图；