內(nèi)燃機(jī)車恒功率勵(lì)磁控制系統(tǒng)及輔發(fā)勵(lì)磁充電電路設(shè)計(jì)分析

0 引言

傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車中搭載的勵(lì)磁控制系統(tǒng)，以繼電器邏輯控制方式確保電路的穩(wěn)定運(yùn)行，這種控制方式的弊端在于線路分布復(fù)雜，一方面給后期的運(yùn)維工作造成了困難，另一方面過多的觸頭數(shù)量導(dǎo)致勵(lì)磁控制系統(tǒng)長時(shí)間大電流觸電，提升火災(zāi)發(fā)生的概率，影響內(nèi)燃機(jī)車的安全。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，相關(guān)工作人員嘗試?yán)秒娮涌刂葡到y(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制，通過這種方式精簡內(nèi)燃機(jī)車的電路系統(tǒng)，在提升操控能力的同時(shí)，降低安全隱患。為了方面介紹，本文以DF7型內(nèi)燃機(jī)車為例，嘗試設(shè)計(jì)恒功率勵(lì)磁控制系統(tǒng)，以及輔發(fā)勵(lì)磁充電電路，確保內(nèi)燃機(jī)車能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

1 恒功率勵(lì)磁控制系統(tǒng)

1.1 勵(lì)磁控制系統(tǒng)運(yùn)行原理

從結(jié)構(gòu)上看，恒功率勵(lì)磁控制系統(tǒng)主要由勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，以及勵(lì)磁控制裝置所構(gòu)成，實(shí)際運(yùn)行過程中，勵(lì)磁控制裝置根據(jù)內(nèi)燃機(jī)車實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算出控制量，對勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流進(jìn)行管控，該控制過程是一個(gè)完整的閉環(huán)，在發(fā)電機(jī)做功時(shí)通過勵(lì)磁控制裝置對誤差進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，確保勵(lì)磁發(fā)電機(jī)始終處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)之中

。

通過對勵(lì)磁發(fā)電機(jī)等效電路、電勢矢量圖的分析（如圖1所示），可以得出電勢矢量計(jì)算公式：

作者簡介：吳麗麗，女，福建省南靖縣山城中心小學(xué)，中共黨員，一級教師，?？茖W(xué)歷，研究方向：目標(biāo)導(dǎo)學(xué) 優(yōu)化結(jié)構(gòu)。

1.2 構(gòu)建勵(lì)磁控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

基于勵(lì)磁控制系統(tǒng)控制流程（如圖2所示），建立數(shù)學(xué)模型，該模型主要分為兩個(gè)部分。

1.2.1 驅(qū)動(dòng)器

驅(qū)動(dòng)器的主要作用是放大調(diào)節(jié)裝置發(fā)出的控制信號，提升對于勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的控制效率，因此在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)可以將驅(qū)動(dòng)裝置視為一階慣性環(huán)節(jié)。

在得到PID控制器比例系數(shù)之后，利用MATLAB工具，得到輸出量與輸入量的隸屬度函數(shù)曲線，同時(shí)使用三角型隸屬度函數(shù)，通過調(diào)整函數(shù)的斜率來控制輸出量與輸入量的靈敏性，構(gòu)建隸屬度函數(shù)模型。

1.2.2 勵(lì)磁發(fā)電機(jī)

本研究中使用的是傳統(tǒng)的DF

型內(nèi)燃汽車，該類型機(jī)車中搭載的是他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，則輸入電阻電壓計(jì)算公式為：

我國武術(shù)文化研究發(fā)文量呈現(xiàn)該趨勢的原因主要體現(xiàn)在：一是武術(shù)文化是以武術(shù)技擊技術(shù)為核心，以中國文化哲學(xué)為基礎(chǔ)的產(chǎn)物，關(guān)于該主題的研究在武術(shù)研究和文化研究之后，因此2007年以前的發(fā)文量相對較少。二是2007年是北京奧運(yùn)會前夕，武術(shù)項(xiàng)目申奧呼聲較高，武術(shù)文化的相關(guān)理論與實(shí)踐研究受到學(xué)者們的關(guān)注，發(fā)文量急劇上升。三是發(fā)文量整體呈現(xiàn)波浪趨勢，說明了我國武術(shù)文化研究道路坎坷，學(xué)者們的學(xué)術(shù)熱情起起伏伏，但近些年隨著一帶一路、體育深化改革政策的推進(jìn)，武術(shù)文化交流、傳播與傳承問題再次備受關(guān)注。

當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持不變的時(shí)候，勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型為：

1.3 勵(lì)磁控制系統(tǒng)算法改進(jìn)

1.3.1 模糊控制

根據(jù)不同的維數(shù)，模糊控制方式會存在較大差異，目前常見的模糊控制方式分為：①一維模糊控制。該控制模式只分析誤差，無法對復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。②二維模糊控制。這種控制模式能夠?qū)φ`差，以及誤差變化量進(jìn)行計(jì)算處理。③三維模糊控制。這種控制模式較為精確，但是由于其邏輯運(yùn)算結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，導(dǎo)致該控制模式運(yùn)算時(shí)間較長，普及率不高。綜合考慮各項(xiàng)因素，設(shè)計(jì)人員決定采用二維模式控制技術(shù)對勵(lì)磁控制系統(tǒng)的算法進(jìn)行優(yōu)化

。

1.3.1.1 模糊化

該模塊為模糊控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，內(nèi)嵌模糊運(yùn)算規(guī)則庫以及模糊數(shù)據(jù)庫，其中規(guī)則庫是整個(gè)模糊控制系統(tǒng)的核心，其中包含“IF…THEN”“tlist…”等基礎(chǔ)性的后條件描述命令。

（3）在制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級方面投入更多資金。圍繞“中國制造2025”發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域和核心任務(wù)，在金融方面，山東省政府應(yīng)加大制造業(yè)發(fā)展的支持，以促使制造業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改變、提質(zhì)增效和升級轉(zhuǎn)型。同時(shí)，山東省政府還應(yīng)該積極發(fā)展并逐步改進(jìn)有利于建設(shè)制造強(qiáng)省目標(biāo)的多元金融體系，發(fā)揮好銀行機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)優(yōu)勢，以產(chǎn)生促進(jìn)制造業(yè)發(fā)展的協(xié)同效應(yīng)。

完成數(shù)據(jù)的模糊化處理之后，需要選擇模糊隸屬函數(shù)，本次研究中選擇三角形屬度函數(shù)（trimf），與其他類型的隸屬度函數(shù)相比，trimf型隸屬度函數(shù)具有較高的靈敏性，并可以根據(jù)實(shí)際需要對函數(shù)靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)，曲線斜率越高則代表靈敏性越高

。

放進(jìn)冰箱后，降溫的速度也很重要。如果冰箱里東西太滿，制冷效果不足，或者菜太大份，放很久都難以降溫，也會帶來安全隱患。

經(jīng)過模糊推理得到的數(shù)據(jù)是一個(gè)非確定值，無法被勵(lì)磁控制系統(tǒng)識別并執(zhí)行，因此需要對模糊數(shù)據(jù)進(jìn)行反模糊化處理，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榇_定值。

首先需要對輸入的精確數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊處理，再利用模糊數(shù)學(xué)理論對模糊數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與比對。通常情況下，需要對精確的輸入量做以下模糊處理：

1.3.1.3 模糊推理

基于模糊規(guī)則庫以及模糊數(shù)據(jù)庫，模糊推理模塊對已經(jīng)完成模糊化處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與比對，并輸出相應(yīng)的控制量。

1.3.1.4 反模糊化

1.3.1.2 知識庫

推行勞動(dòng)保護(hù)，就是為保障勞動(dòng)者在生產(chǎn)勞動(dòng)過程中的生命安全和身體健康，在法律、技術(shù)、教育、管理和組織制度上所采取的一整套綜合性的保護(hù)措施。只有加強(qiáng)企業(yè)勞動(dòng)保護(hù)，才能確保安全生產(chǎn)和正常的運(yùn)營活動(dòng)，從而改變長期以來不少企業(yè)中工傷事故頻發(fā)和職業(yè)危害嚴(yán)重的局面。

1.3.2 PID調(diào)節(jié)器

二維模糊控制方式的局限性在于，該方式只考慮實(shí)際值與設(shè)定值之間的誤差以及誤差變化量數(shù)據(jù)，其控制原理與積分相似，因此無法徹底解決誤差，盡管通過放大比例系數(shù)的方式能夠進(jìn)一步減少靜態(tài)誤差，但是無法徹底消除誤差，且放大比例系數(shù)會影響模糊處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，需要利用PID調(diào)節(jié)器對勵(lì)磁發(fā)電機(jī)誤差進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。

實(shí)際工作中，PID調(diào)節(jié)器對比給定功率（P

）以及實(shí)際功率（P）的差值，得到誤差數(shù)據(jù)。再將誤差數(shù)據(jù)傳輸至模糊控制裝置，對誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊處理，再將誤差模糊數(shù)值傳回PID調(diào)節(jié)器。本次設(shè)計(jì)中，對誤差（e）以及誤差變化率（ec）進(jìn)行模糊運(yùn)算，并在經(jīng)過反模糊處理后得到輸出控制量ΔK

、ΔK

、ΔK

，并利用公式（5）得到K

、K

、K

參數(shù)

。

通過模糊化運(yùn)算以及反模糊化處理，最終得到PID比例系數(shù)：

同時(shí)，寧夏圖書館設(shè)立少兒圖書分館，為青少年讀者提供了良好的閱讀環(huán)境，增加的各種圖書和繪本也吸引了更多青少年讀者。親子閱讀也將成為今后重點(diǎn)活動(dòng)之一。

公式（2）中，變量K

代表驅(qū)動(dòng)裝置的放大倍數(shù)，而T

為時(shí)間常數(shù)，U

（s）為驅(qū)動(dòng)裝置的輸出常量，U

（s）為輸入常量，在該公式中，驅(qū)動(dòng)裝置放大倍數(shù)處于2.5～21.2范圍內(nèi)。

②記m 為a,b,c,d四個(gè)數(shù)中最小值，對于由兩個(gè)數(shù)對(a,b),(c,d)組成的數(shù)對序列P(a,b),(c,d),和P′(c,d)，(a,b),試分別對m=a和m=b的兩種情況比較T2(P)和T2(P′) 的大小.

2 輔發(fā)勵(lì)磁充電電路優(yōu)化

2.1 充電電路改進(jìn)

由于內(nèi)燃機(jī)車搭載的輔發(fā)勵(lì)磁充電電路與Boost電路等效，因此可以基于Boost電路對內(nèi)燃機(jī)車的充電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)際運(yùn)行過程中，如果沒有對蓄電池進(jìn)行預(yù)充電，在啟動(dòng)的一瞬間電感電流會激增，導(dǎo)致電流過大，蓄電池在強(qiáng)大電流的干擾下，其化學(xué)反應(yīng)會十分劇烈，影響電池壽命與容量，甚至還會導(dǎo)致安全事故。針對這一問題，設(shè)計(jì)人員嘗試設(shè)計(jì)帶有Buck緩沖功能的輔發(fā)勵(lì)磁充電系統(tǒng)，可以在內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)行過程中隨時(shí)為蓄電池充電。

以Boost系統(tǒng)作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的輔發(fā)勵(lì)磁充電電路，其中輔發(fā)勵(lì)磁充電控制整流等效輸入電壓為u

。電路運(yùn)行過程中u

≥u

，當(dāng)晶閘管處于斷開狀態(tài)，可以得到如下公式：

公式（6）中，U

為充電感應(yīng)裝置電壓，U

為輸出電壓，C為濾波器。通過上述公式得到蓄電池充電系統(tǒng)的最大電流參數(shù)，發(fā)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)中，C的電容數(shù)量級別為μF級別，電磁感應(yīng)為μH級別，可以得知充電系統(tǒng)在未進(jìn)行優(yōu)化前，其瞬時(shí)最大電流與u

屬于相同數(shù)量級，經(jīng)過改進(jìn)之后，充電系統(tǒng)最大電流數(shù)量級達(dá)到了k×10

，通過對比最大電流與u

的數(shù)量級可以發(fā)現(xiàn)，帶有Buck電路的輔發(fā)勵(lì)磁充電電路瞬時(shí)電流明顯降低，確保充電電路的電流峰值始終處于安全區(qū)間內(nèi)

。

其次，基礎(chǔ)英語習(xí)得的輸入數(shù)量和內(nèi)容不足。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中小學(xué)階段每個(gè)學(xué)期，覆蓋一本英語教材，每本涵蓋大約十個(gè)主題單元，每個(gè)單元包含大約一篇閱讀文章和2-4篇2-6個(gè)輪回的對話，涉及10-25個(gè)新生詞的學(xué)習(xí)。課堂上老師給學(xué)生講授英語語法、句法、生詞和帶讀。課堂下，學(xué)生做識記型訓(xùn)練，很少有學(xué)生另外花費(fèi)時(shí)間和精力再涉獵額外的英語聽讀輸入材料。

2.2 基于Buck電路的輔發(fā)勵(lì)磁充電電路建模

在基于Buck電路的輔發(fā)勵(lì)磁充電電路結(jié)構(gòu)中（如圖3所示），設(shè)計(jì)人員針對M

與M

進(jìn)行PI控制，利用該充電結(jié)構(gòu)對于無預(yù)充的蓄電池進(jìn)行充電，同時(shí)斷開或者連接控制電路的開關(guān)，在M

與電路開關(guān)之間增設(shè)一個(gè)繼電器，對于蓄電池以及充電電路起到一定的保護(hù)作用。

a、由于下層擋板主要作用是促使煤粉氣流產(chǎn)生初級旋流，而現(xiàn)有上層擋板部分或大部分處于全開位置，當(dāng)煤粉氣流進(jìn)入上層擋板后，上層擋板不但沒有起到增加旋流強(qiáng)度的作用，反而起到了降低旋流強(qiáng)度的均流板作用，從而使得煤粉氣流旋流強(qiáng)度降低，沿分離器軸向運(yùn)動(dòng)，分離效果變差，因此即使下層擋板在較大范圍內(nèi)調(diào)整，而當(dāng)煤粉氣流通過上層擋板后，旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度顯著降低且與調(diào)整前后變化不大，從而造成分離器擋板在較大范圍內(nèi)調(diào)整時(shí)煤粉細(xì)度變化較??；

設(shè)計(jì)過程中，工作人員為了提升充電電路運(yùn)行效率，對充電電路軟件控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，其中u

與u

代表蓄電池電壓的上限與下限，u

則代表蓄電池等壓輸入電壓，Δu是u

與u

的允許誤差最大值（如圖4所示）。

通過對M

、M

控制信號算法的分析可以發(fā)現(xiàn)，PI電壓控制裝置輸出M

信號，充電電路啟動(dòng)后，電壓參考值由0V逐漸上升，直至達(dá)到電壓設(shè)定值。同時(shí)PI電流控制裝置輸出M

控制信號。本次設(shè)計(jì)中充電電路的等效輸出與輸入初始數(shù)值為0，因此在充電電路啟動(dòng)之后，會隨時(shí)對蓄電池進(jìn)行預(yù)充電，避免出現(xiàn)電路過流問題

。

3 結(jié)語

為了確保內(nèi)燃機(jī)車電傳動(dòng)系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，需要根據(jù)內(nèi)燃機(jī)車使用目的以及實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一套安全高效的恒定功率勵(lì)磁控制系統(tǒng)，基于勵(lì)磁控制模型，利用PID控制裝置以及模糊運(yùn)算理論，實(shí)現(xiàn)對于電壓系統(tǒng)的有效控制。同時(shí)，借助Boost電路，對輔發(fā)勵(lì)磁充電電路進(jìn)行優(yōu)化，確保勵(lì)磁電機(jī)工作過程中隨時(shí)對蓄電池進(jìn)行預(yù)充電，避免出現(xiàn)電流過載問題，延長蓄電池使用壽命以及電池容量，為內(nèi)燃機(jī)車的穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

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