10.6转速与负荷控制在线视频

同学们好 前面几节

我们学习了主机遥控系统的换向逻辑

起动逻辑

制动逻辑

这些知识可统称为

主机遥控系统的逻辑控制功能

今天 我们来学习主机遥控系统中的

转速与负荷控制

那么它属于反馈控制的范畴

它通过在反馈控制系统各个基本环节的基础上

附加一些处理环节

实现对主机便捷

安全的调速

我们主要从两方面来介绍相关知识

一个是系统组成

一个是系统功能

我们先来了解系统组成

和其他反馈控制系统一样

从物理上说

转速与负荷控制系统可以用气路

电路 微机等多种方式实现

当前新造船舶的主机遥控系统

多采用微机来实现

不同厂家的产品

物理组成会有所不同

但是 从原理上说

是相同的

因此我们重点从原理角度介绍系统组成

如图为一个典型反馈控制系统的系统组成

我们将其实例化为柴油机的转速控制系统

测量单元为转速传感器

控制单元为采用PID规律的调速器

执行机构为油门驱动装置

控制对象为柴油机

船员操纵主机

就是通过车钟手柄调节给定转速

通过转速控制系统

将主机维持在给定转速附近

在这个框图的基础上

为了让主机的操纵更加便捷 安全

我们再增加一些附属环节

请看下面这幅图

这是主机转速与负荷控制系统的原理框图

在该框图中

我们可以看出

增加的附属环节主要涉及转速给定

转速偏差

油量调节几个参量

转速给定部分

包括程序加减速

临界转速避让

最大最小转速限制等

转速偏差部分

有死区控制环节

油量调节部分

包括增压空气压力限制

转矩限制

负荷控制模式限制

螺旋桨特性限制

最大油量限制等

由于喷油量就代表了主机所承担的负荷

因此常用负荷控制

来代替油量调节这个说法

以上

我们了解了转速与负荷控制系统的组成

下面 我们围绕这个原理框图

来学习主机遥控的转速与负荷控制功能

一

转速给定部分

我们来想象这样一个场景

在操车时

船员若直接将操车手柄由微速直接推至全速

那么柴油机是否应当迅速的加大油门

以最短的时间运行在全速工况下呢

在车用柴油机上

这是允许的

但对于船用低速柴油机

这会使柴油机迅速受到很大的

热负荷及机械负荷

因此常规情况下是不允许这样做的

主机遥控系统为了避免这种人为操作失误

设置了一个环节

对车钟手柄给出的转速进行一个限制

在环节的输入转速突变时候

环节的输出转速是按照预先设定好的规律

或者说程序缓慢变化

该环节称为程序加减速环节

程序加减速环节按照图中的设定规律变化

图中 纵坐标为环节的输出转速

横坐标为时间

可以看到

在加速过程中

转速分为a b c d三个阶段

在a阶段

即转速小于30%额定转速时

不对转速的发送速率进行限制

图中的a段的斜率

可认为是车钟手柄移动需要时间造成的

在b阶段

即转速大于30%额定转速

小于70%额定转速

在这个转速阶段时转速的发送速率受到限制

此时 柴油机在中低速区运行

机械负荷及热负荷并不大

因此允许的加速速率较大

该阶段 我们称之为加速速率限制阶段

在c阶段

当转速大于70%额定转速时

可以看到转速的发送速率收到的限制更大

因为 此时柴油机进入中高速区

机械负荷和热负荷较大

与中低速区相比

相同的转速增量会带来更大的负荷增量

从限制负荷的角度考虑

此时 采用了更低的转速发送速率

该阶段 我们称之为程序负荷阶段

有的主机遥控系统

为了适应不同的工况

在此区域设置两种不同的速率

允许用户进行选择

见c和c’两条线段

可称之为快程序负荷和慢程序负荷

在d阶段

需要减速时

可以看到在高转速区

存在减速速率限制

当然该速率和加速速率相比

是较大的

也就是说在减速时

允许从高速区稍快一些的减速

在降到中速区以后

就可以直接停油

使转速快速下降

刚才 我们学习了程序加减速功能

下面我们来了解临界转速避让功能

在柴油机的所有转速区间内

有一个转速区域

在该区域内船体和轴系会发生共振

主机的运行应该避开这个区域

也就是说

当转速设定值正好落在该区间时

主机遥控系统应当自动修改设定值

使其在该区间之外

此功能称为临界转速避让

常见的避让策略有避上限

避下限或者加速避上限减速避下限

最后一种策略更常见

车钟发出的转速设定信号

在经过了程序加减速

临界转速避让后

最后还要进行最大最小转速限制

故障降速限制等

下面介绍这几个功能

最大转速限制

最大转速限制是轮机管理人员人为施加的一个限制

可通过电位器 按钮 触摸屏等方式

输入给主机遥控系统

当设定转速超过该转速时

会被自动限制为这个最大转速

这个功能主要在因主机磨合

航次计划 主机性能受限等原因

需要临时限制最大转速时使用

最小转速限制

最小转速限制指

当车钟手柄给出一个很小的转速设定值时

如果该设定值低于最低稳定转速

则将该转速限制为最低稳定转速

这主要是防止因车钟手柄位置过低

造成主机意外停车

故障降速限制

指当安全保护系统给出故障降速指令时

主机遥控系统会将预先设定好的

一个故障降速运行转速

和当前车钟手柄的设定转速相比较

选取较小的值作为设定转速

以确保主机的负荷迅速降低

二 转速偏差部分

在转速与负荷控制系统中

对转速偏差的处理

是通过设置一个可变的不灵敏区来实现的

当转速偏差在不灵敏区以内的时

认为转速偏差为0

不进行油量调节

当转速偏差超过不灵敏区时

才输出转速偏差

进行油量调节

通过调节不灵敏区的大小

可以改变转速的控制精度

以适应不同的海况

不灵敏区调小时

转速控制精度较高

但油量调节机构动作频繁

反之 则转速控制精度较低

油量调节机构比较稳定

三 负荷控制部分

负荷控制部分包括增压空气压力限制

转矩限制

负荷控制模式限制

螺旋桨特性限制

最大油量限制

我们先来了解增压空气压力限制

柴油机的喷油量需要和

参加燃烧空气的氧气量匹配

增压空气压力越高

则单位时间内可提供的氧气量越多

可以喷入越多的燃油

增压空气压力限制就是以查表的方式

实时求得当前所允许的最大喷油量

当调速器输出的喷油量超过允许值时

会被限制在该值

转矩限制功能

是从扭矩的角度对轴系实施保护

防止其过载

轴系的功率与转速

扭矩的乘积成正比

而功率又和燃油喷油量近似成正比

因此 已知轴系允许的最大扭矩

结合当前运行转速

可以得到对应的允许最大喷油量

当调速器输出的喷油量超过允许值时

会被限制在该值

负荷控制模式是这样一种控制模式

当该功能被激活时

车钟手柄的位置

会直接成正比的转化为一个对应燃油量

这个燃油量和

调速器输出的燃油量相比较

当超过手柄位置的油量时候

喷油量受到限制

螺旋桨特性限制

调速器的输出油量

需要按照螺旋桨特性进行修正

使得功率和转速成三次方的关系

然后再接受其他限制

最大油量限制

该限制和最大转速限制类似

都是一种人工限制

此处限制的是最大喷油量

输入主机遥控系统的方式

也可以采用不同的方式

如旋钮 按钮 触摸屏等

此外 还有起动供油量限制

在主机起动过程中

可采用一个固定的起动供油量

替代调速器实时计算的喷油量

避免发生工作粗暴等情况

在重起动时

也可以相应的加大起动供油量

以上 介绍了各种油量限制方式

这些油量限制综合在一起

通过选小器

给出一个对柴油机最安全

适宜的油量

送到伺服机构

这就是转速闭环控制回路中

的负荷控制功能

另外作为伺服机构的油门驱动装置

其本身也是一个小型反馈控制系统

其被控量是油门拉杆的位置

作为测量单元的转速传感器

在实际系统中

其信号可能还要经过各种滤波处理

消除测量噪声

实际的主机遥控系统可能会对

上述功能赋予不同的名称

但其原理是相似的

最后

我们来总结一下本单元的内容

本单元包括转速与负荷控制系统的

组成及功能

该系统本质上是一个以转速为

被控量的反馈控制系统

为了实现更加便捷 安全的调速

在反馈控制系统各个环节的

基础上 增加了附属环节

这些环节主要集中在转速给定

转速偏差

油量调节这几个参量的处理上

谢谢大家观看