小型汽油發電機組具有體積小、重量輕、移動方便等特點,常被作為小型商場、場所、無人值守變電站等的備用電源而廣泛應用,而且在國防設施、石油平臺、野外勘探、移動通信以及災害等領域也是不可缺少的關鍵裝備。汽油機的轉速穩定性是影響汽油發電機各項電氣性能指標的重要因素,但目前汽油機轉速測量與控制主要通過機械元件實現,就不可避免地存在慣性滯后、摩擦阻力大、調節粗糙等缺陷,其轉速調整率一般在士10%左右。如果用這種汽油機去帶動發電機,其輸出電壓調整率和穩態頻率帶將較大。本文致力于應用新的智能控制和數字電子技術,設計一種智能數字式電子調速器,來解決機械式調速和常規模擬PID控制在汽油同步發電機轉速調節中的局限性。本文分析了汽油同步發電機的工作原理,研究了它在改變負載、轉換節氣門開度時的工況,并建立了系統的數學模型,其中包含有勵磁飽和等非線性環節,得出了引入數字式電子調速器的必要性。調好參數的常規PID控制器應用于非線性系統和復雜系統時,隨著工況不同系統性能會變差甚至不穩定,不能從根本上解決動態品質和穩態性能之間的矛盾。而模糊控制模擬人類的思維方法,把對復雜系統的控制規則化、知識化,運算迅速而且又容易掌握,但是控制精度較差,無法徹底消除靜差。

如果把二者有機結合起來,就可以揚長避短,既具有模糊控制算法編制靈活和適應性強的優點,又具有PID控制精度高的特點。使用智能多模態控制,根據系統的實際運行狀態,實時切換到佳控制算法,達到系統快速性、穩定性和準確性指標之間的佳結合。Matlab仿真結果表明,使用多模態控制比數字PID控制能夠實現更小的超調量和更短的調節時間,從而達到更好的動態性能。本設計是在三鼎SDQF2-II型單相汽油發電機組上實現的,控制系統以單片機微控制器為中心,具有頻率測量與顯示、控制運算、節氣門控制輸出、報保護、與計算機通信等功能模塊,設計過程分為硬件和軟件兩個部分。進行了穩態試驗和負載切換的動態試驗,并用計算機端應用程序來記錄汽油發電機運行的頻率和節氣門開度等數據,以測試控制算法實際效果。在應用了多模態控制方法以后,實現了機械行業標準工頻汽油發電機組JB/T10304-2001規定的G2頻率等級。由于使用單片機微控制器進行轉速調節,對不同型號選用合適的控制參數,就可以使用本文設計的數字式電子調速器進行轉速調節。