某系列柴油机与电子调速器匹配标准化参数优化

孙现伟，张青锋，孙延斐，唐 毅，刘 峰，陈孝平

(河南柴油机重工有限责任公司，河南 洛阳 471039)

某系列柴油机是本公司从德国DEUTZ集团引进，该系列柴油机具有世界先进水平。伴随着电子技术高速发展，数字式调速器也应运而生，并在调速器技术发展中占据了主导地位。它不但很好地解决了机械式调速器动态响应滞后，同时也解决了调速精度低等问题[1]。但是在实际工作中，数字电调的灵活性也存在一定的瓶颈，为改善柴油机的综合性能，对相关参数需要反复调整，进而也就造成了成本的增加，同时也会对调试工人的技术要求增加[2-3]。

1 柴油机启动粗暴问题的优化

鉴于在海因兹曼数字电子调速器标准化程序中所设置的的原始参数文件中，未设定起用斜度启动，所以柴油机在启动时比较粗暴，启动以后需3～4 s升至额定转速。但在实际情况下，发动机启动后，往往需缓慢地升到设定的转速，目的是减小不必要的磨损以及转速过大而引起的波动。

通过加入带斜度的启动功能，柴油机启动平稳，各启动性能良好。设定参数 ：240 Start Speed Ramp On 为1，来实现该斜坡功能。在柴油机达到参数255 Start Speed 1设定的启动转速后，调速器即认可柴油机正在被启动，将设定转速从0迅速升至参数257 Start Speed 3设定的转速值，在柴油机运行后，设定的转速将会以参数240 Start Speed Ramp Up设定的斜度，从参数257 Start Speed 3设定的转速值升至外部转速设定装置所设定的转速值。

当柴油机启动后，以一定的速度缓慢升至设定转速，柴油机此时升速较平稳，怠速至额定转速的时间一般为8～10 s，即能满足一般需求。

2 柴油机转速波动的优化

2.1 PID各参数的控制作用

PID参数有针对性的实现闭环控制系统的响应达到快速准确和稳定的最佳状态。增大比例参数P将加快系统的响应，它能对控制输出值快速影响，其目的是放大误差的幅值。对于积分参数I，它能对转速稳定后有累积误差的进行系统误差修整，减小稳态误差，作用是消除稳态误差。在微分参数D设置合适的情况下，可提高系统的动态性能指标，减小系统超调量，增加稳定性，减小动态误差。所以，比例参数P控制系统响应的快速性，并快速作用于输出。

2.2 PID控制器参数的调节实例

2.2.1 基准PID参数的调整

PID参数的调整是基准，需启动柴油机并调整到额定转速空载的情况下来调整此参数，调整过程如下。

1)比例参数100 Gain的参数值逐渐增大，到转速出现波动，再缓慢地减小参数值，直至波动减小到适当的程度或消失。图1为比例参数值太小，图2为比例参数值太大。

图1 PID增益太低

图2 PID增益太高

2)积分参数101 Stability的参数值逐渐增大，直至转速出现缓慢波动。图3为比例参数值太小，图4为比例参数值太大。

图3 积分增益太低

图4 积分增益太高或微分增益太低

3)微分参数102 Derivative的参数值逐渐增大，直至前面出现的转速波动消失，如果无法实现，则须适当降低积分参数。

4)PID调整顺序：调试过程中，可依次调节P、I、D之后再调P和I。可重复进行1)～3)过程，直至达到理想的结果。

5)人为过程干扰造成转速波动，若转速恢复稳定的过程不理想，则重复上述过程，待控制效果满意后，存储参数值。

2.2.2 三维PID参数值设定

对于以固定转速的柴油机，可一次性调整好基准PID参数。而对于工程机械或船用主机用柴油机，转速的范围较大，要依据喷油量和转速的变化去改变动态参数，需修正基准PID动态响应参数。随着柴油机转速的提高，柴油机的动能也会提高，同样控制器的动态响应参数也要提高。当柴油机带动负载后，柴油机的加速特性就会降低，动态响应参数就需要相应提高。一般在空载和额定转速的情况下，PID参数是设定好的。但在实际情况下，怠速时就需减小PID参数值，当然加载后就需增大参数值，这样设定好的PID参数值就当作修正的基准值，若修正参数值设定为100%，原参数值保持不变，以此为起点，增大修正后的参数值，最大可达400%，减小修正后的参数值，最小可达10%。如图6所示。

图5 三维PID参数值

2.2.3 设定稳态运行时的转速变化对PID参数值的修正

如果负载不稳定，柴油机转速也容易引起波动，原因其一就是：发动机稳态运行时，所设置的比例参数值比较小，负载变化时，很难再稳定控制住柴油机。为此，在标准参数文件中也开启了设定稳态运行时的转速变化对PID参数值的修正，即：在动态负载时，PID参数值调整到相对应值，稳态运行时，PID参数值相应地减小。这样不但保证柴油机在稳态运行时平稳运行，同时又能应对大的负载变化时做出快速响应。如果在参数111 Static Corr Range设定的范围内，转速的波动偏差仍然较大，则按照参数110Static Corr Factor来修正PID参数，如果转速的波动偏差值超过上述参数范围的两倍以上，原PID参数则需恢复，若偏差处于二者之间，控制器则按比例推算修正值。

通过设置参数4110 Static Corr On = 1，可以启用此修正功能。

3 结束语

数字电调标准化程序的设计使某系列柴油机与海因兹曼电子调速器匹配更加优化，从而改善了柴油机启动粗暴及转速波动等问题，提升了柴油机的性能。同时也保证了参数的一致性，缩短了调试时间，在大大降低生产成本的同时，提高了生产效率，同时使柴油机的性能得到了大幅度提升。