柴油机双机热备份电子调速器设计与开发研究

摘要

电子调速器是柴油机发展的必然产物，目前应用最广泛的是数字式电子调速器，可靠性是评价电子调速器性能的重要指标。提高可靠性的方法有排错和容错，实现容错最常用的方法是冗余，即通过给控制系统添加一些“冗余”部件来提高系统的可靠性。双机容错因设计成本低，实现方法简单，可靠性高等优点成为目前冗余技术应用最多的实现方式。
　　双机热备份又是双机容错的主要途径，所以为了提高柴油机电子调速器可靠性，改善电子调速器在典型故障情况下的可用性，研究开发了双机热备份柴油机电子调速器。设计部件级冗余的双机热备份电子调速器硬件包括主、辅两个控制器，双线圈电磁铁执行器、两只转速传感器以及双CAN冗余总线通信。设计双机运行与故障切换控制策略，根据麦克斯韦电磁场理论设计故障切换过程中控制算法，确保切换前后以及切换过程中执行器位置连续稳定，切换过程中发动机运行稳定，实现发动机在电子调速器典型故障情况下连续、稳定运行。
　　基于潍柴Z6170柴油机进行配机试验，模拟转速传感器断线故障验证切换控制算法的性能。结果表明，双机控制权切换过程中切换调速率小于2.5％，切换稳定时间小于2.2s，提升了电子调速器在典型故障情况下的可用性。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 柴油机双机热备份电子调速器

1．2．1 柴油机电子调速器发展及现状

1．2．2 双机热备份发展及现状

1．2．3 柴油机双机热备份电子调速器发展及现状

1．4 本文的主要研究内容

1．5 本章小结

第2章 双机热备份电子调速器总体设计

2．1 双机热备份电子调速器的技术要求及关键技术

2．1．1 双机热备份电子调速器工作原理

2．1．2 双机热备份电子调速器关键技术研究

2．2 双机热备份电子调速器硬件设计

2．2．1 微控制单元选型

2．2．2 双机热备份通信方式选取

2．2．3 执行器选择及驱动电路设计

2．2．4 主要传感器选择及相关电路设计

2．2．5 电源模块及看门狗复位电路设计

2．3 双机热备份电子调速器软件设计

2．3．1 双机运行状态控制

2．3．2 双机初始化状态确定

2．3．3 双控制器信息共享

2．3．4 调速控制策略

2．4 本章小结

第3章 典型故障诊断及切换控制策略

3．1 柴油机电子调速器典型故障诊断

3．1．1 电子调速器典型故障的分析

3．1．2 故障信息的判别和处理

3．1．3 典型故障影响分析与故障分级

3．2 切换控制策略

3．2．1 切换控制

3．2．2 切换控制算法

3．3 CAN通信的故障诊断

3．4 本章小结

第4章 双机热备份电子调速器实验验证

4．1 实验台架介绍

4．1．1 柴油机具体参数

4．1．2 实验装置

4．2 一级故障模拟实验

4．2．1 转速传感器故障模拟实验

4．2．2 位移传感器故障模拟试验

4．2．3 执行器故障模拟实验

4．2．4 电源故障模拟实验

4．3 配机试验

4．4 结果分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢