一种船用大功率柴油机的调速控制方法及系统与流程

阅读：评论：0

1.本发明涉及船用柴油机调速驱动领域，具体涉及一种船用大功率柴油机的调速控制方法及系统。

背景技术：

2.某型功率为12000kw的柴油机为国内首次引进的中速大功率柴油机，也是国内外首次将该型柴油机作为船用推进系统主机使用。
3.船用主机在使用过程中有以下特点：1)负载范围变化大，一般从空载到满载范围都有频繁使用的需求；2)调速性能要求高，柴油机的稳态调速率、瞬态调速率、转速稳定时间、转速波动率等指标都有严格的指标要求；3)推进系统型式多样化，有作为主机单机输出功率，也有作为主机双机并车输出功率。
4.一套稳定可靠的调速系统是柴油机正常运行的关键保障，柴油机调速系统一般有调速器、执行机构、测量与反馈等环节组成。调速器有电子式和机械式，机械式调速器结构复杂维护使用和保养要求高，电子式调速器基于嵌入式计算机硬件和自动控制原理，除控制模块外无复杂的机械结构，除标定参数外无复杂的维护保养要求，是目前柴油机调速器的主流配置。但现有技术中成熟的电子调速器普遍应用在10000kw功率以下的柴油机，但对于10000kw以上大功率的柴油机且作为船用推进系统主机，现有成熟电子调速器无法兼顾柴油机的负载特性、调速特性、功能特性和多样化的推进型式需求，即现有技术中没有适配该型柴油机的调速控制系统。

技术实现要素：

5.为解决现有技术没有适用于10000kw以上大功率的柴油机的调速控制系统的问题，本发明提供了一种船用大功率柴油机的调速控制方法及系统，通过改进pid算法，满足大功率柴油机的启动、稳态运行、负载大范围波动、环境扰动等应用场景的调速需求，并兼顾满足单机控制和双机并车控制各种控制模式下的调速控制。
6.具体方案如下所述：
7.一种船用大功率柴油机的调速控制系统，包括：
8.调速驱动模块：所述调速驱动模块包括信号采集单元、所述信号采集单元可接收设定转速命令和柴油机反馈的实际转速；还包括将所述设定转速和柴油机反馈的实际转速进行比较运算得到油门控制指令信号的运算单元、以及输出油门控制指令信号的控制输出单元；所述运算单元包括基础pid算法和改进pid算法，所述改进pid算法包括：所述基础pid算法出现积分饱和现象时停止进行增大积分运算的遇限削弱积分算法、克服柴油机调速过程中冲击性以至阶跃干扰影响的不完全微分算法、用比例作用消除调速过程中的大偏差、用积分作用来消除调速过程中小偏差的变速积分算法、变比例、变pid参数组合算法和在柴油机低负荷运行时使转速波动率快速收敛的控制上限的高强度微分算法，所述低负荷运行环境包括在柴油机空车运行；
9.信号变换和放大部件：将所述控制输出单元输出的油门控制指令信号变换和放大；
10.柴油机电液执行器：所述柴油机电液执行器包括接收所述信号变换和放大部件油门控制指令信号的接收信号单元，产生位移和作用力、改变柴油机的油门供给、来控制柴油机的转速的控制转速单元。
11.所述调速驱动模块的控制指令输出形式为电液式，以4～20ma电流输出；柴油机的转速反馈采用磁电式转速传感器配合固定齿数的柴油机旋转齿轮面进行测量。
12.所述基础pid算法利用数值逼近的方法进行控制，具体为，当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差分代替微分，使pid算法离散化，将描述连续时间pid算法的微分方程，变为描述离散时间pid算法的差分方程。
13.所述遇限削弱积分算法是在所述基础pid算法出现积分饱和现象时停止进行增大积分的运算；具体应用于柴油机在运行过程中碰负荷限制、冒烟限制、最大油门限制，则取消正向积分累加作用；碰最小油门限制，则取消反向积分累加作用。
14.所述不完全微分算法是用来克服柴油机调速过程中冲击性以至阶跃干扰的影响，具体实现方法为：通过设定不完全微分系数α，使微分输出在第一个采样周期内的脉冲高度下降，之后按设定比例逐渐衰减；当α＝0时，相当于恢复成完全微分。
15.所述变速积分算法是用比例作用消除调速过程中的大偏差，用积分作用来消除调速过程中的小偏差；具体实现方法为：通过设定变速积分窗口端点a和端点b，根据实际转速差选择对应的积分强度，当偏差大时，积分累加速度慢，积分作用弱直至无；反之，偏差小时，使积分累加速度加快，积分作用增强。
16.所述积分强度系数f[e(k)]的设置关系为：
[0017][0018]
所述e(k)为转速偏差量，所述a为变速积分窗口端点a，所述b为变速积分窗口。
[0019]
在所述信号采集单元设置接口实现信号采集功能，所述接口包括频率接口、模拟量电流输入接口、开关量输入接口、通讯接口；所述频率接口采集信号包括柴油机的转速信号，所述模拟量电流输入接口采集信号包括油门信号、扫气压力，所述开关量输入接口采集信号包括起动命令、停车命令、加速命令、减速命令、紧急停车、越控和接脱排状态信号，所述通讯接口采集转速给定信号。
[0020]
所述运算单元通过内置单片机的程序运算。
[0021]
在所述控制输出单元设置接口实现控制输出功能，所述接口包括模拟量电流输出接口、开关量输出接口，所述模拟量电流输出接口输出油门给定信号，所述开关量输出接口输出信号包括起动输出、停车输出、联锁信号和运行信号。
[0022]
所述调速驱动模块还包括通讯接口，所述通讯接口可将模块中所有输入输出状态和过程运算数据传输至监控系统，实现与监控系统的互联互通。
[0023]
大功率柴油机通过调速驱动模块、信号变化与放大部件、柴油机电液执行器可实现对柴油机的单机调速控制、单调速器双机调速控制、双调速器双机调速控制；同时根据改
进的pid算法可实现在不同环境下的调速控制，所述环境包括柴油机正常定速运行、并车过渡、解列过渡、所述正常定速运行包括空车运行；所述改进pid算法包括：遇限削弱积分算法、不完全微分算法、变速积分算法、变比例、变pid参数组合算法和控制上限的高强度微分算法。
[0024]
所述改进的pid算法实现在不同环境下的调速控制，具体方法为：在所述基础pid算法出现积分饱和现象时，利用遇限削弱积分算法停止进行增大积分运算；在柴油机调速过程中可能出现冲击性以至阶跃干扰影响时，采用不完全微分算法可以有效克服上述影响；在调速过程中可能出现偏差时，采用变速积分算法，根据转速偏差改变积分项的累加速度，偏差大时，积分累加速度慢，积分作用弱，反之，偏差小时，使积分累加速度加快，积分作用增强，实现了用比例作用消除大偏差，用积分作用消除小偏差的理想调节特性，从而有效减少积分饱和现象出现的概率，大大减小了超调量，可以很容易地使系统稳定，改善了调节的品质；以及在柴油机低负荷运行时，运用使转速波动率快速收敛的控制上限的高强度微分算法。
[0025]
所述调速控制系统可实现单机调速控制，具体方法为：
[0026]
所述调速驱动模块接收转速设定指令后、经运算发出电流信号，到达信号变换和放大部件会将电流放大，放大后的电流信号驱动所述柴油机电液执行器、控制柴油机供油，同时将柴油机转速信号反馈至调速驱动模块；调速驱动模块还可以同步接收进行柴油机用于柴油机保护限制的其他信号，所述其他信号包括主机油门、扫气压力、离合器接脱排信号。
[0027]
所述调速控制系统可实现单调速器双机调速控制，具体方法为：
[0028]
单个调速驱动模块控制两台主机的调速，即一个调速驱动模块可控制两个柴油机电液执行器，对于双机使用时，可根据所述权利要求9中开关量输入的接脱排状态制定不同的控制策略。
[0029]
所述调速控制系统可实现双调速器双机调速控制，具体方法为：
[0030]
两个调速驱动模块控制两台主机的调速；对于双机使用时，两个调速驱动模块通过can通讯实现互联互通，can通讯可实现互联互通，通过设置多道冗余，保障两个模块之间信号传递的可靠性，根据所述开关量输入的接脱排状态制定不同的控制策略。
[0031]
柴油机在并车过渡过程中的调速控制方法应用遇限削弱积分算法，具体为：在并车过程完成前，待接排机是以目标油门为设定值，实际输出油门为反馈值进行闭环控制；并车过渡过程由于过渡时间端短且目标是输出油门，受外界扰动小；所述控制策略采用pi闭环控制，设定固定的并车kp和并车ki参数。
[0032]
柴油机在解列过渡过程中的调速控制方法应用所述遇限削弱积分算法，具体为：柴油机在解列过程完成前(油门到达解列油门)，待脱排机是以最小油门为设定值，实际输出油门为反馈值进行闭环控制；所述控制策略采用pi闭环控制，设定固定的解列kp和解列ki参数。
[0033]
本发明的有益效果如下：
[0034]
本发明提供了一种船用大功率柴油机的调速控制方法及系统，解决了现有技术没有适用于10000kw以上大功率的柴油机的调速控制系统的问题，所述系统包括：调速驱动模块、信号变换和放大部件、柴油机电液执行器。本发明通过改进常规的数字pid控制算法，在
所述调速驱动模块的运算单元中设计调速控制策略及基于控制策略的改进pid算法，所述改进pid算法包括：遇限削弱积分算法，不完全微分算法，变速积分算法，变比例、变pid参数组合算法和控制上限的高强度微分算法；实现该柴油机在正常定速过程、并车过渡过程、解列过渡过程等多种环境下的调速，提供了满足大功率柴油机的启动、稳态运行、负载大范围波动、环境扰动等应用场景的调速需求，并兼顾满足单机控制和双机并车控制各种控制模式下的调速控制，是现有的电子调速器所不具有的功能，同时改进算法中的增加控制上限的高强度微分算法，专门适配与该型柴油机主机，在柴油机空车运行时可以在高强度微分和限制值的作用下转速波动率快速收敛。本发明提供了一种适用于10000kw以上大功率柴油机的调速控制系统及方法，该系统在与某型中速大功率柴油机实船应用完全匹配的基础上，也融入目前数字化、网络化的新技术，提升柴油机控制系统底层设备的信息化水平。
附图说明
[0035]
图1一种船用大功率柴油机的调速控制系统。
[0036]
图2一种船用大功率柴油机的单机调速方法。
[0037]
图3一种船用大功率柴油机的单调速器双机调速方法。
[0038]
图4一种船用大功率柴油机的双调速器双机调速方法。
[0039]
图5变速积分算法的窗口设置示意图。
[0040]
图6可变增益的增益断点设置示意图。
[0041]
图7变比例窗口设置关系示意图。
具体实施方式
[0042]
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0043]
如图1所示，一种船用大功率柴油机的调速控制系统，包括：
[0044]
调速驱动模块：所述调速驱动模块包括信号采集单元、所述信号采集单元可接收设定转速命令和柴油机反馈的实际转速；还包括将所述设定转速和柴油机反馈的实际转速进行比较运算得到油门控制指令信号的运算单元、以及输出油门控制指令信号的控制输出单元；所述运算单元包括基础pid算法和改进pid算法，所述改进pid算法包括：所述基础pid算法出现积分饱和现象时停止进行增大积分运算的遇限削弱积分算法、克服柴油机调速过程中冲击性以至阶跃干扰影响的不完全微分算法、用比例作用消除调速过程中的大偏差、用积分作用来消除调速过程中小偏差的变速积分算法、变比例、变pid参数组合算法和在柴油机低负荷运行时使转速波动率快速收敛的控制上限的高强度微分算法，所述低负荷运行环境包括在柴油机空车运行；
[0045]
信号变换和放大部件：将所述控制输出单元输出的油门控制指令信号变换和放大；
[0046]
柴油机电液执行器：所述柴油机电液执行器包括接收所述信号变换和放大部件油门控制指令信号的接收信号单元，产生位移和作用力、改变柴油机的油门供给、来控制柴油机的转速的控制转速单元。
[0047]
柴油机反馈的实际转速是通过柴油机上转速传感器实现的。
[0048]
所述调速驱动模块的控制指令输出形式为电液式，以4～20ma电流输出；柴油机的
转速反馈采用磁电式转速传感器配合固定齿数的柴油机旋转齿轮面进行测量。
[0049]
所述基础pid算法利用数值逼近的方法进行控制，具体为，当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差分代替微分，使pid算法离散化，将描述连续时间pid算法的微分方程，变为描述离散时间pid算法的差分方程。
[0050]
调速控制是调速驱动模块的核心功能，本发明的应用场景为典型的单闭环控制系统，算法的基干为数字pid控制，但是常规的数字pid控制算法，无法满足柴油机起动、稳态运行、负载大范围波动、环境扰动等应用场景，也无法兼顾满足单机控制和双机并车控制各种控制模式下的调速控制。
[0051]
因此，在数字pid算法作为基干的同时，融入多种改进算法作为算法的枝叶来满足不同应用场景，改进算法主要包括遇限削弱积分、不完全微分、变速积分、变比例、变pid参数组合算法、控制控制上限的高强度微分算法等。
[0052]
1)数字pid控制器设计
[0053]
数字pid控制器是通过计算机算法程序实现的。采用这种控制器的系统属于计算机直接数字控制系统。计算机直接数字控制系统大多数是采样数据控制系统。进入计算机的连续时间信号，必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机的存储器和寄存器。在数字计算机中，pid控制规律的实现，必须用数值逼近的方法。当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差分代替微分，使pid算法离散化，将描述连续时间pid算法的微分方程，变为描述离散时间pid算法的差分方程。
[0054]
采样时间是一个需要精心选择的重要参数，系统的性能与采样周期的选择有密切关系。采样时间设置合理，可以使离散控制接近于准连续控制。
[0055]
(1)基础算法
[0056]
pid控制器标准算式：
[0057][0058]
位置式pid算法/离散化方程：
[0059][0060]
u(k)——第k个采样时间的控制量；k＝1,2,3,4,5...
[0061]
u0——初始控制量(初始积分项)；
[0062]
e(k)——转速偏差量；
[0063]
kp——比例系数；就实际物理意义来说，又称为“增益”。
[0064]
ti——积分时间；就实际物理意义来说，又称为“恢复时间”。
[0065]
td——微分时间；就实际物理意义来说，又称为“补偿”。
[0066]
ts——采样时间；
[0067]
在位置式pid算法中，为了求和，必须将偏差的全部过去值e(j)(j＝1,2,3...k)都存储起来，这种算法得出了控制量的全量输出u(k)。在控制系统中，这种控制量直接确定了执行机构的位置，也就是油门的位置/开度。
[0068]
进一步简化后，得到以下算式：
[0069][0070]
我们把算式(1-3)中的“k
p
e(k)”称为比例作用项；把称为积分作用项；把“kd[e(k)-e(k-1)]”称为微分作用项。另外，再将称为总积分项，总积分项需要保存在存储器中。
[0071]
kp——比例系数；
[0072]
ki——积分系数；ki＝k
p
ts/ti[0073]
kd——微分系数；kd＝k
p
td/ts[0074]
在计算机程序处理时，一般把e(k)和e(k-1)的初值设为0。这样，u(k)的初值u0就等于总积分项的初值。换句话说，初始积分项就是初始油门。在位置式pid控制中，合理设置初始积分项，或者控制住总积分项，是一种非常有用的手段。在柴油机的起动模式中把“初始积分项”设置为空车油门，就是一种很有针对性的控制策略。
[0075]
(2)改进pid算法
[0076]
①
遇限削弱积分
[0077]
遇限削弱积分是为了应对积分饱和现象：如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差，由于积分的作用，尽管pid的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作，控制信号则进入深度饱和区。积分继续运算的结果很有可能加剧超调。算法的思想就是：一旦控制量进入饱和区，则停止进行增大积分的运算。
[0078]
②
不完全微分
[0079]
在pid运算过程中，也有可能出现比例和微分饱和现象，其表现形式不是超调，而是减慢动态过程。采用不完全微分，即将过大的控制输出分几次执行，就可以避免出现饱和现象。相当于增加了一个数字式低通滤波环节。
[0080]
算法：不完全微分项＝(1-α)*完全微分项+α*前次微分项；
[0081]
α为低通滤波系数，0《α《1
[0082]
③
变速积分
[0083]
变速积分的思想是设法改变积分项的累加速度，使其与偏差的大小相对应。偏差大时，积分累加速度慢，积分作用弱；反之，偏差小时，使积分累加速度加快，积分作用增强。它的优点(与普通pid相比)如下：
[0084]
实现了用比例作用消除大偏差，用积分作用消除小偏差的理想调节特性，从而有效减少积分饱和现象出现的概率。
[0085]
大大减小了超调量，可以很容易地使系统稳定，改善了调节的品质。
[0086]
适应能力强，参数整定容易，各参数间的相互影响小。
[0087]
变速积分与积分分离很相似，但调节方式不同。积分分离对积分项采用“开关”控制，而变速积分则是根据误差的大小改变积分项速度，属线性控制。因而，后者调节品质大为提高，是一种新型的pid控制。
[0088]
算法：设置一系数f[e(k)]，它是e(k)的函数，当|e(k)|增大时，f[e(k)]减小，反之则增大。每次采样后，用f[e(k)]乘以e(k)，再进行累加。即把积分作用项改写
为如图5所示，f[e(k)]设置关系如下：|ω1|为积分窗口宽度。窗口宽度一般设置为稳态波动率允许范围。
[0089]
④
可变增益
[0090]
在实时控制系统中，严格的讲被控对象都具有非线性，为了补偿受控过程的这一非线性，pid的增益kp可以随控制过程的变化而变化。
[0091]
柴油机在低负载控制区和高负载控制区，控制特性是会产生一定变化的。为了补偿系统在负载下的过高(过低)增益，我们将增益kp替换为kp’。它是与输出油门控制量u有关的可变增益。设置关系如图6所示。
[0092]
⑤
变比例窗口
[0093]
为了实现用比例作用消除大偏差的目的，又不影响稳态的控制品质。设置一个比例放大系数kpp，将比例作用项更改为“k
p’k
pp
e(k)”。作用强度改变只针对比例项，不影响积分和微分强度。kpp的大小与转速偏差e有关，设置关系如图7所示。
[0094]
|ω2|为比例窗口宽度，窗口内为低比例作用带，窗口外为高比例作用带。窗口宽度不能设的太窄，以防振荡。
[0095]
⑥
控制上限的高强度微分算法
[0096]
在低负荷区，采用高强度的微分环节，同时，为防止扰动造成调速系统的不稳定，限制微分环节效果的上限，减小转速控制振荡的风险。这样，既提高了调速的动态响应速率，又通过限制微分作用强度范围的方法，保障了调速控制的鲁棒性。
[0097]
⑦
变pid参数控制
[0098]
在实船上时我们知道：柴油机在脱排和在接排时，系统的惯性，或者说是控制特性，肯定是不一样的。为此，控制系统将脱排pid参数及接排pid参数分开设置，以应对这两种不同状态。脱排pid参数及接排pid参数同属于正常控制模式pid参数。我们知道，在起动模式时，也设置有独立的pid参数。不管是变速积分，还是变增益、变比例等等，它们实际上都属于变pid参数控制的范畴。
[0099]
2)控制策略及算法应用
[0100]
(1)柴油机起动控制策略
[0101]
为满足柴油机起动迅速平稳，且不同情况下都能适用(应急带排起动、冷机起动、长时间停机后第一次起动等)的要求。将起动过程作为特殊模式处理，具体策略如下：
[0102]
①
起动命令生效后，立即驱动起动电磁阀，打开主起动阀。当主机转速达到“关起动电磁阀转速”(一般设置在发火转速，也可略高)，或开启电磁阀时间超过6秒，关闭起动电磁阀。
[0103]
②
转速从吹车开始达到额定转速的5％(略低于发火转速)，认为进入“起动模式”，才开始供油。当转速到达设定的怠速转速后退出起动模式。
[0104]
③
转速从额定转速的5％升至设定的怠速转速阶段采取pi控制，允许起动时的适当超调，保证起动成功。
[0105]
④
柴油机在起动过程中，输出油门不允许超过“起动限制油门”，防止起动过程中油门过大导致柴油机飞车。
[0106]
(2)正常定速运行中的调速控制策略
[0107]
柴油机正常运行过程中，以给定转速为目标进行转速闭环控制，根据不同的运行
状态采用变pid参数控制，使柴油机不同运行工况下的调速响应迅速和稳定。
[0108]
①
遇限削弱积分应用：柴油机在运行过程中碰负荷限制、冒烟限制、最大油门限制，则取消正向积分累加作用；碰最小油门限制，则取消反向积分累加作用。
[0109]
②
不完全微分应用：通过设定不完全微分系数α，使微分输出在第一个采样周期内的脉冲高度下降，之后按设定比例逐渐衰减。(当α＝0时，相当于恢复成完全微分)。采用不完全微分能有效克服冲击性以至阶跃干扰的影响，具有较理想的控制特性。
[0110]
③
变速积分应用：通过设定变速积分窗口端点a和端点b，根据实际转速差选择对应的积分强度，当偏差大时，积分累加速度慢，积分作用弱(直至无)；反之，偏差小时，使积分累加速度加快，积分作用增强。积分强度系数f[e(k)]的设置关系如下：
[0111][0112]
④
可变增益应用：当柴油机接排后，通过设定的输出油门增益断点区分高负荷区和低负荷区的，低负荷区增益固定不变，高负荷区增益随油门输出的大小线性变化，油门越大增益越大，通过设定增益斜率来实现。
[0113]
⑤
变比例窗口的应用：当给定转速和实际转速的差值超过设定的阈值时，按设定的变比例系数增大比例项，从而加快调速响应时间。如柴油机正常运行中出现负荷突加或突卸时转速差迅速扩大时触发该算法。
[0114]
⑥
变pid参数控制应用：先根据柴油机的接脱排状态选取初始pid参数，再根据设定的改进pid算法对比例项、积分项和微分项进行叠加运算求和后输出。
[0115]
⑦
控制上限的高强度微分算法应用：通过设定油门断点区分高负荷区和低负荷区，低负荷区
[0116]
和高负荷区分别设置微分限制值，低负荷区限制值大于高负荷区，因此在柴油机空车运行时可以在高强度微分和限制值的作用下转速波动率快速收敛。
[0117]
(3)并车过渡过程中的调速控制策略
[0118]
柴油机在并车过渡过程中的调速控制策略不同于正常运行中的控制策略，在并车过程完成前，待接排机是以目标油门为设定值，实际输出油门为反馈值进行闭环控制。
[0119]
并车过渡过程由于过渡时间端且目标是输出油门，受外界扰动小。所以采用pi闭环控制，设定固定的并车kp和并车ki参数，在积分环节计算中应用遇限削弱积分算法。
[0120]
(4)解列过渡过程中的调速控制策略
[0121]
柴油机在解列过渡过程中的调速控制策略与并车过渡过程中的控制策略类似，在解列过程完成前(油门到达解列油门)，待脱排机是以最小油门为设定值，实际输出油门为反馈值进行闭环控制。控制策略采用pi闭环控制，设定固定的解列kp和解列ki参数，在积分环节计算中应用遇限削弱积分算法。
[0122]
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改变，其均应涵盖在本发明专利的
保护范围当中。

技术特征：

1.一种船用大功率柴油机的调速控制系统，其特征在于，包括：调速驱动模块：所述调速驱动模块包括信号采集单元、所述信号采集单元可接收设定转速命令和柴油机反馈的实际转速；还包括将所述设定转速和柴油机反馈的实际转速进行比较运算得到油门控制指令信号的运算单元、以及输出油门控制指令信号的控制输出单元；所述运算单元包括基础pid算法和改进pid算法，所述改进pid算法包括：所述基础pid算法出现积分饱和现象时停止进行增大积分运算的遇限削弱积分算法、克服柴油机调速过程中冲击性以至阶跃干扰影响的不完全微分算法、用比例作用消除调速过程中的大偏差、用积分作用来消除调速过程中小偏差的变速积分算法、变比例、变pid参数组合算法和在柴油机低负荷运行时使转速波动率快速收敛的控制上限的高强度微分算法，所述低负荷运行环境包括在柴油机空车运行；信号变换和放大部件：将所述控制输出单元输出的油门控制指令信号变换和放大；柴油机电液执行器：所述柴油机电液执行器包括接收所述信号变换和放大部件油门控制指令信号的接收信号单元，产生位移和作用力、改变柴油机的油门供给、来控制柴油机的转速的控制转速单元。2.由权利要求1所述的一种船用大功率柴油机的调速控制系统，其特征在于，所述调速驱动模块的控制指令信号以4～20ma电流输出；柴油机的转速反馈采用磁电式转速传感器配合固定齿数的柴油机旋转齿轮面进行测量。3.由权利要求1所述的一种船用大功率柴油机的调速控制系统，其特征在于，所述基础pid算法利用数值逼近的方法进行控制，具体为，当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差分代替微分，使pid算法离散化，将描述连续时间pid算法的微分方程，变为描述离散时间pid算法的差分方程。4.由权利要求1或2或3所述的一种船用大功率柴油机的调速控制系统，其特征在于，所述遇限削弱积分算法是在所述基础pid算法出现积分饱和现象时停止进行增大积分的运算；具体应用于柴油机在运行过程中碰负荷限制、冒烟限制、最大油门限制，则取消正向积分累加作用；碰最小油门限制，则取消反向积分累加作用。5.由权利要求1或2或3所述的一种船用大功率柴油机的调速控制系统，其特征在于，所述不完全微分算法是用来克服柴油机调速过程中冲击性以至阶跃干扰的影响，具体实现方法为：通过设定不完全微分系数α，使微分输出在第一个采样周期内的脉冲高度下降，之后按设定比例逐渐衰减；当α＝0时，相当于恢复成完全微分。6.由权利要求1或2或3所述的一种船用大功率柴油机的调速控制系统，其特征在于，所述变速积分算法是用比例作用消除调速过程中的大偏差，用积分作用来消除调速过程中的小偏差；具体实现方法为：通过设定变速积分窗口端点a和端点b，根据实际转速差选择对应的积分强度，当偏差大时，积分累加速度慢，积分作用弱直至无；反之，偏差小时，使积分累加速度加快，积分作用增强。7.由权利要求6所述的一种船用大功率柴油机的调速控制系统，其特征在于，所述积分强度系数f[e(k)]的设置关系为：
所述e(k)为转速偏差量，所述a为变速积分窗口端点a，所述b为变速积分窗口端点b。8.由权利要求1或2或3所述的一种船用大功率柴油机的调速控制系统，其特征在于，在所述信号采集单元设置接口实现信号采集功能，所述接口包括频率接口、模拟量电流输入接口、开关量输入接口、通讯接口；所述频率接口采集信号包括柴油机的转速信号，所述模拟量电流输入接口采集信号包括油门信号、扫气压力，所述开关量输入接口采集信号包括起动命令、停车命令、加速命令、减速命令、紧急停车、越控和接脱排状态信号，所述通讯接口采集转速给定信号。9.由权利要求1或2或3所述的一种船用大功率柴油机的调速控制系统，其特征在于，所述运算单元通过内置单片机的程序运算。10.由权利要求1所述的一种船用大功率柴油机的调速控制系统，其特征在于，在所述控制输出单元设置接口实现控制输出功能，所述接口包括模拟量电流输出接口、开关量输出接口，所述模拟量电流输出接口输出油门给定信号，所述开关量输出接口输出信号包括起动输出、停车输出、联锁信号和运行信号。11.由权利要求1所述的一种船用大功率柴油机的调速控制系统，其特征在于，所述调速驱动模块还包括通讯接口，所述通讯接口可将模块中所有输入输出状态和过程运算数据传输至监控系统，实现与监控系统的互联互通。12.根据权利要求1-11之一所述一种船用大功率柴油机的调速控制系统实现的调速控制方法，其特征在于，大功率柴油机通过调速驱动模块、信号变化与放大部件、柴油机电液执行器可实现对柴油机的单机调速控制、单调速器双机调速控制、双调速器双机调速控制；同时根据改进的pid算法实现在不同环境下的调速控制，使柴油机在不同工况下的调速响应迅速和稳定；所述环境包括柴油机进行正常定速运行、并车过渡、解列过渡，所述正常定速运行包括空车运行。13.由权利要求12所述的一种船用大功率柴油机的调速控制方法，其特征在于，所述改进的pid算法用于在不同环境下的调速控制，具体调速控制方法为：在正常定速运行的环境下，在所述基础pid算法出现积分饱和现象时，利用遇限削弱积分算法停止进行增大积分运算；在柴油机调速过程中出现冲击性以至阶跃干扰影响时，采用不完全微分算法克服上述影响；在调速过程中出现偏差时，采用变速积分算法，根据转速偏差改变积分项的累加速度，偏差大时，积分累加速度慢，积分作用弱，反之，偏差小时，使积分累加速度加快，积分作用增强，实现用比例作用消除大偏差，用积分作用消除小偏差的理想调节特性，从而有效减少积分饱和现象出现的概率，大大减小超调量，使系统稳定，改善调节的品质；以及在柴油机低负荷运行时，所述低负荷运行包括空车运行的环境，运用使转速波动率快速收敛的控制上限的高强度微分算法；所述遇限削弱积分算法、变速积分算法也可应用于并车过渡、解列过渡环境，所述算法实现功能与所述正常运行环境中的功能一致。14.由权利要求12所述的一种船用大功率柴油机的调速控制方法，其特征在于，对大功率柴油机实现单机调速控制的具体方法为：
所述调速驱动模块接收转速设定指令后、经运算发出电流信号，到达信号变换和放大部件会将电流放大，放大后的电流信号驱动所述柴油机电液执行器、控制柴油机供油，同时将柴油机转速信号反馈至调速驱动模块；调速驱动模块还可以同步接收用于柴油机保护限制的其他信号，所述其他信号包括主机油门、扫气压力、离合器接脱排信号。15.由权利要求12所述的一种船用大功率柴油机的调速控制方法，其特征在于，对大功率柴油机实现单调速器双机调速控制的具体方法为：单个调速驱动模块控制两台主机的调速，即一个调速驱动模块可控制两个柴油机电液执行器，对于双机使用时，可根据所述权利要求8中开关量输入的接脱排状态制定不同的控制策略。16.由权利要求12所述的一种船用大功率柴油机的调速控制方法，其特征在于，对大功率柴油机实现双调速器双机调速控制的方法为：两个调速驱动模块控制两台主机的调速；对于双机使用时，两个调速驱动模块通过can通讯实现互联互通，can通讯设置多道冗余，保障两个模块之间信号传递的可靠性，并且根据所述权利要求8中开关量输入的接脱排状态制定不同的控制策略。17.由权利要求12所述一种船用大功率柴油机的调速控制方法，其特征在于，柴油机在并车过渡过程中的调速控制方法应用遇限削弱积分算法，具体为：在并车过程完成前，待接排机是以目标油门为设定值，实际输出油门为反馈值进行闭环控制；并车过渡过程由于过渡时间短且目标是输出油门，受外界扰动小；所述控制策略采用pi闭环控制，设定固定的并车kp和并车ki参数。18.由权利要求12所述一种船用大功率柴油机的调速控制方法，其特征在于，柴油机在解列过渡过程中的调速控制方法应用所述遇限削弱积分算法，具体为：柴油机在解列过程完成前(油门到达解列油门)，待脱排机是以最小油门为设定值，实际输出油门为反馈值进行闭环控制；所述控制策略采用pi闭环控制，设定固定的解列kp和解列ki参数。19.由权利要求12所述一种船用大功率柴油机的调速控制方法，其特征在于，柴油机在空车运行的过程中采用控制上限的高强度微分算法，具体通过设定油门断点区分高负荷区和低负荷区，低负荷区和高负荷区分别设置微分限制值，低负荷区限制值大于高负荷区，在柴油机空车运行时可以在高强度微分和限制值的作用下转速波动率快速收敛。

技术总结

本发明提供了一种船用大功率柴油机的调速控制方法及系统，所述系统包括：调速驱动模块，信号变换和放大部件和柴油机电液执行器。所述调速驱动模块包括将所述设定转速和柴油机反馈的实际转速进行比较运算得到油门控制指令信号的运算单元，所述运算单元包括基础PID算法和改进PID算法，所述改进PID算法包括：遇限削弱积分算法、不完全微分算法、变速积分算法、变比例、变PID参数组合算法和控制上限的高强度微分算法。本发明利用基础PID算法和改进PID算法实现对中速大功率柴油机的精确调速控制，实现该柴油机在正常定速过程、并车过渡等多种环境下的调速，并兼顾满足单机控制和双机并车控制各种控制模式下的调速控制。机并车控制各种控制模式下的调速控制。机并车控制各种控制模式下的调速控制。