柴油发电机组转速控制半物理仿真

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1 引言
电子调速器是柴油机的关键部件之一，当实际柴油机及其负载性能发生变化且与调速器设计参数不匹配时，柴油发电机组就无法正常工作，这时需要修改调速器的控制参数。另外，电子调速器在出厂前和维修后都需要进行性能试验，以设定合适的控制参数满足其调节性能。在柴油机上直接进行电子调速器的参数整定、性能测试、维修后性能恢复既不安全、又不经济。进行半物理仿真是调速器进行实际配机试验之前不可缺少的环节，其工程思路是建立柴油机发电机组全工作范围动态仿真模型，通过输入输出接口电路与电子调速器相连构成一闭环控制系统，从而完成电子调速器的性能测试的相关试验。
建立柴油发电机组的仿真模型是Simulink的强项。由于半物理仿真系统需要连接特定的硬件设备，仿真程序需要定制人机界面实现参数设置等功能，这部分功能的实现对于Simulink来讲则难以完成，而这恰恰是Visual C++(VC)的强项。VC可视化C++编程环境具有强大的硬件控制功能和灵活丰富的人机界面设计功能。但直接采用VC建立柴油发电机组的仿真模型则难度很大。
针对这一问题本文提供一种从Simulink仿真模型平滑过渡到Visual C++集成开发环境的方法。具体实现是在Simulink中建立柴油发电机组的仿真模型，然后通过Matlab实时工作间(RTW)将Simulink仿真模型转化成可移植的嵌入式C++代码，最后和Visual C++的项目文件进行整合构成完全独立运行的实时半物理仿真系统。
2 柴油发电机组模型的构建及半物理仿真系统结构
柴油机的建模一般有2种途径，一种是数学机理建模，一种是试验辨识建模。数学机理建模主要从柴油机各部件的原始特性和结构参数入手，根据动力学和热力学关系方程建立机理模型其建模的工作量大，计算复杂而且为模型的求解带来一定的难度。试验辨识建模是根据柴油机试验台试验数据，采用不同的数学拟合方法建立柴油机的数学模型。对于研究电子调速器参数整定以及配机试验，这里关心柴油机外部性能参数的关系，可以不考虑柴油机内部的热力过程。只要柴油发电机组仿真模型能较真实地模拟柴油机及其负载特性，则测试结果就能较为真实地反映出电子调速器的实际配机性能。
因此选用试验辨识建模法，应用BP神经网络建立柴油机发电机组模型。如图1所示。MTU396柴油发电机组转速控制半物理仿真系统的输人输出信号，主要有3种类型：
(1)脉宽调制(PWM)信号，即执行机构齿条驱动信号；
(2)频率信号，即模拟柴油转速脉冲信号；
(3)开关量信号，即对电子调速器的各种控制信号，如启动、停止、增速减速控制等。

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