1.1 选题的背景和意义

本次毕业毕业设计的主要目的是对柴油发动机及其调速系统的数学模型（包括转速调节器、油门执行器和柴油发动机三部分）进行调研分析，并建立MATLAB模型。最后对建立的MATLAB模型进行分析。

柴油发电机是一种小型发电设备，系指以柴油等为燃料，以柴油机为原动机带动发电机发电的动力机械。整套机组一般由柴油机、发电机、控制箱、起动和控制用蓄电瓶、保护装置、应急柜等部件组成。柴油发电机能够为用电设备提供高达上千瓦到上兆瓦的电功率。通过柴油机转动给发电机提供机械能，从而达到发电的目的。其应用范围涉及舰船和移动电站等场合。

当今社会的现代化水平不断提高的标志之一就是人们对电能利用量的不断提高以及利用形式多种多样化。在通信、电力、石油石化、交通运输等要害部门，为保证供电的持续性，应急电源不可或缺。柴油发电机具有容量较大、坏境适应性强、持续供电时间长以及便于移动等优点，广泛应用于独立式供电系统和应急备用供电系统。目前伴随通信系统及TI行业的迅猛发展，今年来各种通讯基站以及数据中心的数量与日俱增，为保证通讯的可靠性和数据中心的稳定性，对作为备用应急电源的柴油发电机组的需求量也在不断的增长，随着新能源技术的不断进步，诸如光伏发电、风能发电等新能源发电项目也在全世界范围内大量推广，然而由于风能、太阳能具有显著的随机性和间歇性，在目前的技术条件下，柴油发电机组常被用来作为保障能源以提高新能源发电的供电质量。

1.2 柴油发电机仿真研究现状

柴油发电机具有结构复杂、影响因素较多、结构非线性等特点，因此目前还没有精确的数学模型对柴油发电机进行描述。所以一般调速器都采用对控制对象数学模型依赖程度不高的控制算法。目前随着控制理论的不断发展，许多先进的只能控制理论例如模糊控制、自适应控制、专家控制以及神经网络控制等理论都被逐步应用到柴油机速度控制系统中来。1993年，Jamshidi和Martinez在发动机控制系统中引入模糊控制技术，通过仿真验证了模糊控制无论是在动态性能还是稳态性能上都优于PID控制。然而由于这样的只能控制理论仍处于发展待完善阶段，因此实际应用于柴油机调速系统的可行性并不高，而且只能控制算法对控制系统硬件的较高要求也限制了其在工业中的应用推广，目前基于先进的控制理论的柴油机调速系统多数处于实验室研究仿真阶段。

1.3 柴油发电机的仿真技术

在柴油发电机系统中，柴油机及调速器是整个发电系统的心脏，其通过燃烧燃油为发电机供给原动力，然后根据负荷波动转换的转速偏差信号调节喷油量输出不同转矩，确保整个燃油燃烧及发电系统处于不断调节平衡的恒速运行工况。由此可知，柴油机及调速系统的仿真数学模型的输入为喷油量。

在柴油发电机的数学模型建立过程中，由于发电机定子通常处于不对称运行工况，加上凸极同步发电机其转子自身结构就存在不对称问题。因此，采用常规的abc坐标系很难准确反映发电机的运行工况状态。为了精确模拟仿真柴油发电机组起动全过程特性，此处采用dq0坐标系统进行分析，即采用派克变换将a、b、c相坐标的发电机三相电磁特征量（电流、电压和磁通链）转换为与转子同步旋转的直轴d、交轴q和零轴0分量。选择Matlab/Simulink中，基于dq0坐标系的发电机仿真模型来建立完整的仿真系统。

目前常见的柴油发动机及其调速系统主要是有转速调节器、油门执行器和拆哟发动机三部分组成。转速调节器通过转速控制算法将输入的转速差信号转化为油量给定信号输出，油门执行器在油量给定信号的驱动下控制油门动作，以气体流形式向柴油机气缸喷油，柴油发动机输出动力转矩拖动同步发电机旋转发电。