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一起回望柴油發(fā)電機組的發(fā)展史 現(xiàn)代柴油機是在德國機械工程師狄塞爾發(fā)明的柴油機的基礎上發(fā)展起來的，1892年，德國機械工程師狄塞爾取得了柴油發(fā)電機壓縮點火的 。他的做法是以提高發(fā)動機的壓縮比來提高熱效率，利用壓縮氣體的高溫來點燃進入汽缸的燃料，這樣做的好處是不但省去了點火裝置和汽化器，而且可以使用比柴油價格更低的柴油做燃料。 狄塞爾經過了5年的實驗，在1897年制成了 臺具有實用價值的壓縮點火柴油發(fā)電機，即壓燃式柴油機。與以前的柴油發(fā)電機相比，它延長了汽缸內氣體的壓縮過程，大大提高了壓縮終了時氣體的壓力和溫度，實現(xiàn)了不用點火系統(tǒng)而使柴油自動點火燃燒的功能。狄塞爾發(fā)明的柴油發(fā)動機能將35％的燃料潛能轉變成動力而當時有效的柴油發(fā)動機也只能將28％的燃料潛能轉變成動力，這是柴油發(fā)電機技術第二次革命性的突破。但是，當時狄塞爾發(fā)明的柴油發(fā)動機存在著很多的缺點，比如重量重、噪聲大、冒黑煙，排出的大量廢氣會對環(huán)境影響很大，而且噴油泵還不完善，從而嚴重限制和影響了柴油機的衄?？梢哉f，狄塞爾先生生前只看到發(fā)動機的成功的開端，卻沒有看到柴油機技術的飛躍發(fā)展，沒有看到柴油機的廣泛應用。 據(jù)資料記載，柴油機技術在1914年以前發(fā)展比緩慢，在 次世界期間，由于戰(zhàn)爭的需要柴油發(fā)動機開始大量生產，用于軍事目的。柴油發(fā)動機柴油發(fā)電的發(fā)展史真正得到廣泛應用是在1950年左右。早期的柴油機都是四沖程的，1899年德國工程師雨果．古爾德納制造出了二沖程柴油發(fā)動機，他把當時采用相同缸徑的四沖程柴油機的功率提高了60％~80％。二沖程柴油機的結構簡單，造價低廉，但其燃油和潤滑油的消耗量較高、冷卻比較困難、耐用性較差，而且很難制造出功率較大的發(fā)動機，所以至今實際使用的功率比較大的柴油機都是四沖程的。 世界上 臺發(fā)電機是1831年由英國的物理學家邁克爾·法拉第發(fā)明的。當時法拉第在試驗中發(fā)現(xiàn)，當磁鐵在線圈中移動時，線圈會產生電流，即今天我們大家所熟知的電磁感應現(xiàn)象。法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象之后不久，便利用電磁感應原理發(fā)明了世界上 臺發(fā)電機，即法拉第圓盤發(fā)電機。這臺發(fā)電機的構造與現(xiàn)代的發(fā)電機不同，在磁場中轉動的不是線圈，而是一個用紫銅做的圓盤。圓心處固定一個搖柄，圓盤的邊緣和圓心處各與一個黃銅電刷緊貼，用導線把電刷與電流表連接起來；紫銅圓盤放置在馬蹄形磁鐵的磁場中。當法拉第轉動搖柄使紫銅圓盤旋轉起來的時候，電流表的指針偏向一邊，這說明電路中產生了持續(xù)的電流。這就是法拉第試制出的世界上 臺發(fā)電機。當年法拉第曾在英國皇家學會上表演他的發(fā)電機。當時，有一位貴夫人問法拉第：“這玩藝兒有什么用呢？”法拉第非常有禮貌地回答道：“夫人，新生的嬰兒又有什么用處呢？”這一絕妙的回答受到大家的交口稱贊。 當拉第發(fā)明的圓盤發(fā)電機雖然非常簡單，它產生的電流甚至不能讓一只小燈泡發(fā)光，但是，這是世界上 臺發(fā)電機，是它首先向人類揭開了機械能轉化為電能的序幕。后來，人們在此基礎上將馬蹄形 磁鐵改為能產生強大磁場的電磁鐵，用多股導線繞制的線框代替紫銅圓盤，對電刷也進行了改進，終于制成了功率的可供實用的發(fā)電機。目前，即使功率為IGW、10GW的特大型發(fā)電機，也是根據(jù)法拉第圓盤發(fā)電機的基本原理一電磁感應原理制成的。 1866年，德國的電工學家、實業(yè)家恩斯脫．韋爾納·馮·西門子在法拉第圓盤發(fā)電機的基礎上研制出自激勵式發(fā)電機，1870年，比利時的Z·T·克拉姆又研制出了自激勵式直流發(fā)電機。在經過不斷改進之后，電機技術已經走向成熟，1877年真正實用的發(fā)電機開始進入商業(yè)化生產階段。 100多年過去了，正是這簡陋、不成熟、像初生嬰兒一樣的圓盤發(fā)電機人類帶入了電氣時代，為人類利用電能做出了重大貢獻。 21世紀是科學技術飛躍發(fā)展的時代，特別是電腦技術等高科技成果在柴發(fā)電機組上的應用，使柴油發(fā)電機組有了更廣闊的發(fā)展前景。以柴油機為動力用的柴油發(fā)電機組己經是通信等企業(yè)必不可少的重要設備。



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介紹柴油發(fā)電機組調速方法 １面向Simulink數(shù)字調速系統(tǒng)框圖 　　在建立了柴油發(fā)電機組調速系統(tǒng)的各模型后，就可用MATLAB的Simulink工具建立基于常規(guī)PID控制，變速積分PID控制，不完全微分PID控制和模糊PID控制的調速系統(tǒng)框圖。 　?。保背Ｒ?guī)PID控制 　　首先看常規(guī)PID控制，下面是它的系統(tǒng)仿真框圖，這是常規(guī)采用的PID控制系統(tǒng)圖，通過對真實控制系統(tǒng)繪制仿真框圖，觀察采用常規(guī)PID控制效果。 　?。保膊煌耆⒎諴ID控制 　　下面是不完全微分PID控制系統(tǒng)仿真框圖,圖２不完全微分PID控制系統(tǒng)仿真框圖這是在常規(guī)PID基礎上進行了不完全微分，這是用來改善它的控制功能，取得更好的控制效果。 　　１．３變速度積分PID控制　 　　下面是變速度積分PID控制系統(tǒng)仿真框圖。 　　１．４模糊PID控制　 　　自適應模糊PID控制是將自適應控制的思想和常規(guī)PID控制器結合，吸收了自適應控制和常規(guī)PID控制的優(yōu)點。首先它具備自適應能力，能夠自動識辨被控過程參數(shù)、自動整定控制參數(shù)，能夠適應被控過程模型參數(shù)的變化；其次它又具有常規(guī)PID控制器結構簡單、魯棒性強、可靠性高的優(yōu)點。這使得自適應PID控制成為過程控制中一種較為理想的控制方法?！?　　如果用模糊控制箱設計出模糊控制器，再在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中建立系統(tǒng)仿真模型，把模糊控制器模塊和我們設計的ＦＩＳ結構連接起來，就可以對它進行仿真研究了，系統(tǒng)仿真框圖的建立關鍵是對ＰＩＤ三個參數(shù)Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄ的整定，這必須考慮到不同時刻三個參數(shù)的相互作用和它們之間的關系。 　　下面從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應速度、超調量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面來考慮Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄ的作用，建立模糊規(guī)則表。 　?。ǎ保┍壤禂?shù)Ｋｐ的作用是加快系統(tǒng)的響應速度，提高系統(tǒng)的調節(jié)精度。Ｋｐ越大，系統(tǒng)的響應速度越快，系統(tǒng)的調節(jié)精度越高，但容易產生超調，可能會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。Ｋｐ取值過小，會降低調節(jié)精度，使響應速度變慢，延長調節(jié)時間，使系統(tǒng)動態(tài)和靜態(tài)特征變壞。 　?。ǎ玻┓e分作用系數(shù)Ｋｉ的作用是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。Ｋｉ越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差越快，但Ｋｉ過大，在響應過程的初期會產生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應過程的較大超調。但Ｋｉ過小會使系統(tǒng)的靜態(tài)誤差難以，影響系統(tǒng)的調節(jié)精度。 　?。ǎ常┪⒎值淖饔孟禂?shù)Ｋｄ的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)特征，其主要作用是在響應過程中抑制偏差向任何方向的變化，對偏差變化進行提前預報。但Ｋｄ過大，會使響應過程提前制動，延長了調節(jié)時間，而且會降低系統(tǒng)的抗干擾性能。下面是進行模糊控制PID控制的系統(tǒng)仿真框圖。 　?。矊ο到y(tǒng)進行仿真研究 　　建立了系統(tǒng)的仿真框圖后，就可以對系統(tǒng)進行仿真研究，就可以比較采用常規(guī)PID控制和變積分PID控制，不完全微分PID控制，模糊自適應PID控制的比較，并具體分析我們采用的模糊控制系統(tǒng)仿真框圖自適應控制時的仿真效果。對系統(tǒng)進行仿真有助于我們對柴油發(fā)電機組調速系統(tǒng)的快速理解，并初步地分析出我們需要的控制參數(shù)，對系統(tǒng)的研究有積極作用。 　　系統(tǒng)仿真圖通過ＭＡＴＬＡＢ中的模糊控制箱實現(xiàn)，同時根據(jù)自己控制系統(tǒng)的具體特點和要求來建立的，基本可以反應控制系統(tǒng)的基本情況，可以起到很好的仿真模擬作用。 　　首先，比較常規(guī)PID控制和變積分PID控制，變速積分PID通過改變積分項的累加速度，使得它和偏差大小相適應，偏差大的時候，積分慢；偏差小時，積分快，這就可以減少超調，同時更好地靜差。 　　下面比較一下常規(guī)PID控制和不完全微分ＰＩＤ控制的區(qū)別。不完全微分就是在PID算法中引入了一個一階慣性環(huán)節(jié)，使得系統(tǒng)性能得到改善，在改善系統(tǒng)動態(tài)特性的時候又盡量減少高頻干擾。 　　 介紹模糊自適應控制和常規(guī)PID的比較，并對模糊自適應控制的仿真進行分析。這些都是基于前面建立的柴油發(fā)電機的系統(tǒng)模型的 　　可見模糊PID控制器和常規(guī)PID控制相比，它使得系統(tǒng)響應的超調時間減小，曲線更平整，反應時間加快了，控制效果明顯更好了。同時模糊PID控制器在控制過程前期具有模糊控制器的特點，而在控制過程后期具有PID調節(jié)器的所有優(yōu)勢，是一種性能優(yōu)良的控制器，所以在實際使用中可以選用模糊自適應控制方法。




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