柴油机转速控制方法及装置

摘要

本发明涉及一种柴油机转速控制方法及装置，该方法包括实时监测发动机的转速和所述转速的变化速率；将所述发动机的当前转速和当前变化速率分别与第一转速阈值和第一变化速率阈值进行比较，根据比较结果调整第一转速设定值的数值，以根据该第一转速设定值的数值控制所述发动机的供油量。本发明通过检测发动机的实际转速与该转速的变化速率，防止出现瞬时调试率超限，并在发动机转速已经下降到安全区间时，提前介入转速控制，防止发动机转速出现凹坑或震荡，减少了控制参数标定工作量，降低了软件设计制造成本，并且在一定程度上提高了电力系统的运行稳定性。

权利要求

1.一种柴油机转速控制方法，其特征在于，包括：

实时监测发动机的转速和所述转速的变化速率；

将所述发动机的当前转速和当前变化速率分别与第一转速阈值和第一变化速率阈值进行比较，根据比较结果调整第一转速设定值的数值，以根据该第一转速设定值的数值控制所述发动机的供油量；

所述根据比较结果调整第一转速设定值的数值，具体为：

当该当前转速大于所述第一转速阈值，且该当前变化速率大于所述第一变化速率阈值时，将所述第一转速设定值的数值赋值为该当前转速，以消除该当前转速与所述第一转速设定值之间的偏差；

所述根据该第一转速设定值的数值控制所述发动机的供油量，具体为：根据该第一转速设定值的数值通过闭环控制方法控制所述发动机的供油量，所述闭环控制方法的控制律中包含所述偏差的积分环节；

相应地，所述将所述第一转速设定值的数值赋值为该当前转速，以消除该当前转速与所述第一转速设定值之间的偏差，还包括将所述偏差的积分环节清零。

2.根据权利要求1所述的柴油机转速控制方法，其特征在于，所述根据该第一转速设定值的数值控制所述发动机的供油量之后，该方法还包括：将所述发动机的当前转速和当前变化速率分别与第二转速阈值和第二变化速率阈值进行比较，当该当前转速小于所述第二转速阈值，且该当前变化速率小于所述第二变化速率阈值时，将所述第一转速设定值的数值赋值为第二转速设定值。

3.根据权利要求1所述的柴油机转速控制方法，其特征在于，所述闭环控制算法为比例—积分—微分PID控制算法。

4.一种柴油机转速控制装置，其特征在于，包括：

转速监测单元，用于实时监测发动机的转速和所述转速的变化速率；

转速设定值赋值单元，用于将所述发动机的当前转速和当前变化速率分别与第一转速阈值和第一变化速率阈值进行比较，根据比较结果调整第一转速设定值的数值，以根据该第一转速设定值的数值控制所述发动机的供油量；

所述转速设定值赋值单元进一步用于：

当该当前转速大于所述第一转速阈值，且该当前变化速率大于所述第一变化速率阈值时，将所述第一转速设定值的数值赋值为该当前转速，以消除该当前转速与所述第一转速设定值之间的偏差；

所述转速设定值赋值单元进一步用于根据该第一转速设定值的数值通过闭环控制方法控制所述发动机的供油量，所述闭环控制方法的控制律中包含所述偏差的积分环节；

相应地，所述转速设定值赋值单元还用于将所述偏差的积分环节清零。

5.根据权利要求4所述的柴油机转速控制装置，其特征在于，所述转速设定值赋值单元还用于：将所述发动机的当前转速和当前变化速率分别与第二转速阈值和第二变化速率阈值进行比较，当该当前转速小于所述第二转速阈值，且该当前变化速率小于所述第二变化速率阈值时，将所述第一转速设定值的数值赋值为第二转速设定值。

6.根据权利要求5所述的柴油机转速控制装置，其特征在于，所述闭环控制算法为比例—积分—微分PID控制算法。

说明书

柴油机转速控制方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及柴油机控制领域，尤其涉及一种柴油机转速控制方法及装置。

背景技术

[0002] 柴油机具有燃油经济性、热效高、可靠性高、有害排放物低等优点，因此常被用作发电机组的发动机。如图1所示，现有的技术方案中通常采用闭环控制(如PID控制)的方式，通过将发动机的设定转速与实际转速做差，计算出转速偏差，PID会根据这个偏差计算、更新发动机的喷射油量，发动机的燃油系统喷射出相应的燃油对发动机燃烧做功，进而控制发动机的转速。

[0003] 发电设备上的负载变化常常是不可预测的。例如，在负载突然变大的情况下，如果PID参数较小，就会使得PID控制器对于供油量的调整过慢，发动机的输出功率小于负载需求的功率，导致发动机的实际转速下降过大，瞬时调速率(即负载发生变化时，发动机转速瞬时波动的百分比)超过最大限值(一般为发动机设定转速的10％)。而如果PID参数较大，虽然PID控制器对于供油量的调整能够跟随上负载的变化，保证转速变化率在合理的范围内，但此时如果负载突然减小，就会使得发动机的输出功率大于负载的需求功率。而由于PID控制器的输出需要等待转速偏差出现后才进行改变，并需要一定的响应时间，因此导致发动机的实际转速上冲过大，瞬时调速率超过最大限值，等实际转速回落到设定转速时，此时的供油量通常为零，转速会进一步下降，由于此时的PID控制参数较大，PID控制器的供油量的调整过快，使得发动机的实际转速出现再次上冲，使得瞬时调速率再次超过最大限值。而一旦发生瞬时调速率超过最大限值的情况，发电机组会因自身保护而脱网，严重影响电力系统的运行稳定性。另一方面，如果根据负载的变化情况不断调整PID参数，则会使得标定工作量大，软件设计成本也提高。

发明内容

[0004] 为了提高电力系统的运行稳定性以及降低标定工作量，本发明一方面提出了一种柴油机转速控制方法，该方法包括：

[0005] 实时监测发动机的转速和所述转速的变化速率；

[0006] 将所述发动机的当前转速和当前变化速率分别与第一转速阈值和第一变化速率阈值进行比较，根据比较结果调整第一转速设定值的数值，以根据该第一转速设定值的数值控制所述发动机的供油量。

[0007] 优选地，所述根据比较结果调整第一转速设定值的数值，具体为：

[0008] 当该当前转速大于所述第一转速阈值，且该当前变化速率大于所述第一变化速率阈值时，将所述第一转速设定值的数值赋值为该当前转速，以消除该当前转速与所述第一转速设定值之间的偏差。

[0009] 优选地，所述根据该第一转速设定值的数值控制所述发动机的供油量，具体为：

[0010] 根据该第一转速设定值的数值通过闭环控制方法控制所述发动机的供油量，所述闭环控制方法的控制律中包含所述偏差的积分环节；

[0011] 相应地，所述将所述第一转速设定值的数值赋值为该当前转速，以消除该当前转速与所述第一转速设定值之间的偏差，还包括将所述偏差的积分环节清零。

[0012] 优选地，所述根据该第一转速设定值的数值控制所述发动机的供油量之后，该方法还包括：

[0013] 将所述发动机的当前转速和当前变化速率分别与第二转速阈值和第二变化速率阈值进行比较，当该当前转速小于所述第二转速阈值，且该当前变化速率小于所述第二变化速率阈值时，将所述第一转速设定值的数值赋值为第二转速设定值。

[0014] 优选地，所述闭环控制算法为比例—积分—微分PID控制算法。

[0015] 另一方面，本发明还提出了一种柴油机转速控制装置，该装置包括：

[0016] 转速监测单元，用于实时监测发动机的转速和所述转速的变化速率；

[0017] 转速设定值赋值单元，用于将所述发动机的当前转速和当前变化速率分别与第一转速阈值和第一变化速率阈值进行比较，根据比较结果调整第一转速设定值的数值，以根据该第一转速设定值的数值控制所述发动机的供油量。

[0018] 优选地，所述转速设定值赋值单元进一步用于：

[0019] 当该当前转速大于所述第一转速阈值，且该当前变化速率大于所述第一变化速率阈值时，将所述第一转速设定值的数值赋值为该当前转速，以消除该当前转速与所述第一转速设定值之间的偏差。

[0020] 优选地，所述转速设定值赋值单元进一步用于根据该第一转速设定值的数值通过闭环控制方法控制所述发动机的供油量，所述闭环控制方法的控制律中包含所述偏差的积分环节；

[0021] 相应地，所述转速设定值赋值单元还用于将所述偏差的积分环节清零。

[0022] 优选地，所述转速设定值赋值单元还用于：

[0023] 将所述发动机的当前转速和当前变化速率分别与第二转速阈值和第二变化速率阈值进行比较，当该当前转速小于所述第二转速阈值，且该当前变化速率小于所述第二变化速率阈值时，将所述第一转速设定值的数值赋值为第二转速设定值。

[0024] 优选地，所述闭环控制算法为比例—积分—微分PID控制算法。

[0025] 本发明可减少控制参数标定工作量，降低软件设计制造成本，并且在一定程度上提高电力系统的运行稳定性。

附图说明

[0026] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0027] 图1示出了现有技术中的发动机转速闭环控制系统结构框图；

[0028] 图2示出了现有技术中的发动机转速以及喷油量的曲线图；

[0029] 图3示出了本发明一个实施例的柴油机转速控制方法流程图；

[0030] 图4示出了本发明另一实施例的发动机转速闭环控制系统结构框图；

[0031] 图5示出了本发明另一个实施例的柴油机转速控制方法流程图；

[0032] 图6示出了本发明一个实施例的柴油机转速控制装置的结构框图。

具体实施方式

[0033] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034] 图2示出了现有技术中的发动机转速以及喷油量的曲线图；如图2所示，发动机转速对应左边坐标轴，其设定值N为1500转；发动机当前的喷油量对应右边坐标轴。通过发动机转速第一个转速尖峰可以看出，闭环控制算法(例如PID控制算法)参数固定的情况下，当发动机负载突然变小时，由于PID控制器要等到偏差出现时才会动作，需要一定响应时间，油量需要一定时间才会降为零，发动机转速才会下降，此时瞬时调速率已经超过最大限值；由于此时发动机的喷油量为零，发动机实际转速会从第一个尖峰回落，PID控制器没有在实际转速回落到转速设定值N之前介入控制，等发动机实际转速等于转速设定值1500转时，此时发动机的燃油喷射量为零，由于摩擦等原因，发动机转速会继续下降，由于当前PID参数较大，负载较小，燃油喷射量过多造成超调，产生第二个尖峰，再次导致瞬时调速率超过最大限值，使得发电机组脱网，影响电力系统的运行稳定性。基于此，本申请提出了解决上述技术问题的实施例。

[0035] 图3示出了本发明一个实施例的柴油机转速控制方法流程图；如图3所示，该方法包括：

[0036] S1：实时监测发动机的转速n2和所述转速的变化速率dn2；

[0037] S2：将所述发动机的当前转速n2和当前变化速率dn2分别与第一转速阈值N1和第一变化速率阈值dN1进行比较，根据比较结果调整第一转速设定值n1的数值，以根据该第一转速设定值n1的数值控制所述发动机的供油量。

[0038] 本实施例可减少控制参数标定工作量，降低软件设计制造成本，并且在一定程度上提高电力系统的运行稳定性。

[0039] 作为本实施例的优选，步骤S2中所述根据比较结果调整第一转速设定值n1的数值，具体为：

[0040] 当该当前转速n2大于所述第一转速阈值N1，且该当前变化速率dn2大于所述第一变化速率阈值时dN1，将所述第一转速设定值n1的数值赋值为该当前转速n2(即n1＝n2)，以消除该当前转速n2与所述第一转速设定值n1之间的偏差。

[0041] 进一步地，上述根据该第一转速设定值的数值控制所述发动机的供油量，具体为：

[0042] 根据该第一转速设定值的数值通过闭环控制方法控制所述发动机的供油量，所述闭环控制方法的控制律中包含所述偏差的积分环节,例如所述闭环控制算法为比例—积分—微分PID控制算法，则该积分环节即为I；

[0043] 相应地，所述将所述第一转速设定值n1的数值赋值为该当前转速n2，以消除该当前转速n2与所述第一转速设定值n1之间的偏差，还包括将所述偏差的积分环节I清零。

[0044] 可选地，所述根据该第一转速设定值的数值控制所述发动机的供油量之后，该方法还可进一步包括：

[0045] 将所述发动机的当前转速n2(即监测到的发动机的当前转速)和当前变化速率dn2分别与第二转速阈值N2和第二变化速率阈值dN2进行比较，当该当前转速n2小于所述第二转速阈值N2，且该当前变化速率dn2小于所述第二变化速率阈值dN2时，将所述第一转速设定值的数值n1赋值为第二转速设定值N。

[0046] 图4示出了本发明另一实施例的发动机转速闭环控制系统结构框图。如图4所示，该系统是在现有PID转速闭环控制系统的基础上增加一个超速检测环节。通过对发动机的实际转速n2进行监控，在转速上升时，提前判断瞬时调速率是否会超过最大限值，如果判断发动机实际瞬时调速率会超过最大限值，此时会将用于计算转速偏差的转速设定值n1切换为实际转速n2，同时令PID控制器对积分进行清零。由于转速设定值n1已经切换为当前实际转速n2，并且积分清零，此时PID控制器计算的燃油喷射量为零，发动机不进行燃烧做功，转速会下降。当转速下降到合理的偏差范围之内时，此时超速检测模块会将用于计算转速偏差的转速设定值n1由当前的实际转速n2慢慢过渡到发动机转速设定值N(此时n1>N)，让偏差提前出现，PID会提前响应，防止转速下降到转速设定值以下，进而防止发动机实际转速出现震荡。

[0047] 图5示出了本发明另一个实施例的柴油机转速控制方法流程图。如图5所示，该方法包括以下步骤：

[0048] A1：首先进行判断发动机转速闭环控制是否开启：若开启转速闭环控制控制，则进入超速检测；

[0049] A2：实时检测发动机的实际转速n2与该转速的变化速率dn2：若发动机实际转速n2超过第一转速阈值N1，并且变化率dn超过第一变化速率阈值dN1，则计数器C加1，否则计数器清零；

[0050] A3：判断计数器C是否大于预设标定值Num：若计数器C大于标定值Num，则确定当前发动机瞬时调速率会超过最大限值，将超速检测状态state置位(例如：该状态位包括1、0两个状态位，1代表超速检测状态置位，0代表超速检测状态没有置位)；否则继续检测发动机实际转速n2是否小于阈值N2并且变化率dn小于标定阈值，上述条件满足则说明发动机转速已经下降到安全区间，将超速检测状态位复位；不满足则不进行任何操作；

[0051] A4：判断超速检测状态state是否置位：若是，则将用于计算转速偏差的转速设定值n1切换为实际转速n2，同时可将PID控制器的积分器的值初始化为零；

[0052] A5：若超速检测状态没有置位，则进一步判断转速设定值n1是否大于转速设定值N与预设梯度值dN之和：

[0053] 若n1大于N与dN之和，则将当前n1的值更新为上一个步长的n1的值减去梯度值dN，实现在退出超速时，让转速设定值由当前实际转速n2过渡到设定转速N，提前介入转速控制，防止实际转速出现凹坑或震荡；

[0054] 若n1不大于N与dN之和，则说明过渡完成，将n1的值更新为N,进行常规的转速闭环控制；

[0055] A6：最后检测控制器是否下电，如果没有下电，则继续下一个循环的控制；如果下电，则结束控制。

[0056] 本实施例通过检测发动机的实际转速与该转速的变化速率，防止出现瞬时调试率超限，并在发动机转速已经下降到安全区间时，提前介入转速控制，防止发动机转速出现凹坑或震荡，减少了控制参数标定工作量，降低了软件设计制造成本，并且在一定程度上提高了电力系统的运行稳定性。

[0057] 图6示出了本发明一个实施例的柴油机转速控制装置的结构框图。如图6所示，该装置包括：

[0058] 转速监测单元11，用于实时监测发动机的转速n2和所述转速的变化速率dn2；

[0059] 转速设定值赋值单元12，用于将所述发动机的当前转速n2和当前变化速率dn2分别与第一转速阈值N1和第一变化速率阈值dN1进行比较，根据比较结果调整第一转速设定值n1的数值，以根据该第一转速设定值的数值控制所述发动机的供油量。

[0060] 本实施例所述的柴油机转速控制装置可以用于执行上述方法实施例，其原理和技术效果类似，此处不再赘述。

[0061] 作为本实施例的优选，所述转速设定值赋值单元12进一步用于：

[0062] 当该当前转速n2大于所述第一转速阈值N1，且该当前变化速率dn2大于所述第一变化速率阈值时dN1，将所述第一转速设定值n1的数值赋值为该当前转速n2(即n1＝n2)，以消除该当前转速n2与所述第一转速设定值n1之间的偏差。

[0063] 进一步地，所述转速设定值赋值单元12进一步用于根据该第一转速设定值n1的数值通过闭环控制方法(例如PID)控制所述发动机的供油量，所述闭环控制方法的控制律中包含所述偏差的积分环节；

[0064] 相应地，所述转速设定值赋值单元还用于将所述偏差的积分环节I清零。

[0065] 可选地，所述转速设定值赋值单元12还用于：

[0066] 将所述发动机的当前转速n2(为此时的发动机的转速)和当前变化速率dn2分别与第二转速阈值N2和第二变化速率阈值dN2进行比较，当该当前转速n2小于所述第二转速阈值N2，且该当前变化速率dn2小于所述第二变化速率阈值dN2时，将所述第一转速设定值的数值n1赋值为第二转速设定值N。

[0067] 本实施例所述的柴油机转速控制装置可以用于执行上述方法实施例，其原理和技术效果类似，此处不再赘述。对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

[0068] 本发明可实现利用一套闭环控制参数满足复杂的负载变化情况下对于瞬时调速率不超限的要求，减少了使用者的标定工作量，降低了软件设计制造成本，并且在一定程度上提高了电力系统的运行稳定性。

[0069] 以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。