【摘要】：在解決能源短缺和環(huán)境污染問題上,我國越來越重視天然氣的開發(fā)使用,車船是加快推進(jìn)天然氣應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域之一,因此天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)廣受關(guān)注;天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)由于進(jìn)氣遲滯、火焰?zhèn)鞑ヂ仍蚱鋭?dòng)態(tài)響應(yīng)性能較差,提升動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能對(duì)推進(jìn)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用有重要意義。本文主要探討在控制方面提升動(dòng)態(tài)響應(yīng)的途徑,首先利用GT-Power軟件搭建了天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)準(zhǔn)維模型,在模型驗(yàn)證的基礎(chǔ)上對(duì)動(dòng)態(tài)過程中的控制參數(shù)開展了多目標(biāo)優(yōu)化研究,在分析點(diǎn)火正時(shí)和過量空氣系數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及爆震現(xiàn)象影響規(guī)律的基礎(chǔ)上,以動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo),并添加排氣溫度、爆震等約束條件構(gòu)建了多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù),并基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法,采用遺傳算法解決多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)的求解問題,最終得到優(yōu)化后的控制參數(shù)MAP圖,為動(dòng)態(tài)過程精確控制奠定基礎(chǔ)。結(jié)果表明:點(diǎn)火正時(shí)和過量空氣系數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的影響相互耦合;通過多目標(biāo)優(yōu)化研究可以得到同一工況下點(diǎn)火正時(shí)和過量空氣系數(shù)的最佳值。動(dòng)態(tài)過程中,空燃比和轉(zhuǎn)速是天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的主要控制變量,通過分析動(dòng)態(tài)工況下空燃比和轉(zhuǎn)速的控制精度及響應(yīng)速度,確定空燃比采用噴氣量控制、轉(zhuǎn)速采用節(jié)氣門控制,并采用PID算法為轉(zhuǎn)速、空燃比閉環(huán)控制設(shè)計(jì)合理的控制框架;然后針對(duì)開環(huán)控制的起動(dòng)過程進(jìn)行了控制參數(shù)優(yōu)化研究,并在加減載動(dòng)態(tài)過程中驗(yàn)證了轉(zhuǎn)速與空燃比閉環(huán)控制的可行性;在轉(zhuǎn)速、空燃比常用控制策略基礎(chǔ)上,為進(jìn)一步提高動(dòng)態(tài)性能,開展了智能控制算法研究,將空燃比MAP圖查表插值前饋?zhàn)優(yōu)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋以提高燃?xì)饬款A(yù)測(cè)精度,將轉(zhuǎn)速PID控制變?yōu)榛谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的BP-PID控制以實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的在線自整定。結(jié)果表明:起動(dòng)加速過程循環(huán)噴氣量為78mg/cycle、點(diǎn)火正時(shí)為-10°CA、節(jié)氣門開度大于12%時(shí),起動(dòng)加速到怠速的時(shí)間最短;采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制后,與非神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相比,加減載過程瞬態(tài)調(diào)速率減小,穩(wěn)定時(shí)間縮短。
【圖文】：

第 1 章 緒論言展清潔能源，減輕環(huán)境污染是世界各國目前在能源領(lǐng)域的主要目標(biāo)之一量豐富的清潔能源一直受到各國的廣泛關(guān)注，近年來中國不斷加大對(duì)天然，2017 年，國內(nèi)天然氣生產(chǎn)總量達(dá) 1480.3 億立方米，年增長超 100 億立然氣的消費(fèi)增量已占全世界天然氣消費(fèi)增量的三分之一以上，成為推動(dòng)全利用的主要源頭之一�？v觀我國一次能源生產(chǎn)分布狀況，原煤生產(chǎn)依然占比例，但近年來逐漸呈緩慢下降趨勢(shì)，原油生產(chǎn)總量占比逐年持續(xù)下降別下降 9.2 和 2.5 個(gè)百分點(diǎn)。一次能源中以天然氣為代表的清潔能源生產(chǎn)，為應(yīng)對(duì)日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，預(yù)計(jì)未來我國將持續(xù)發(fā)展以天然氣為源，并將天然氣作為未來我國綠色能源結(jié)構(gòu)的主要能源之一，相關(guān)政策，要努力達(dá)成天然氣在一次能源消費(fèi)中的比重達(dá)到 15%左右的目標(biāo)[1][2]

天然氣在車船領(lǐng)域應(yīng)用的重點(diǎn)推進(jìn)將助力于生態(tài)文明天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的深層次的革新與發(fā)展[3][4]。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性研究現(xiàn)狀運(yùn)行工況包括穩(wěn)態(tài)工況和瞬態(tài)工況，穩(wěn)態(tài)工況是指轉(zhuǎn)速和負(fù)荷保持工況包括加減速、加減載、起動(dòng)等非穩(wěn)態(tài)工況。發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際應(yīng)用瞬態(tài)工況為主，瞬態(tài)工況與穩(wěn)態(tài)工況相比，進(jìn)排氣管道內(nèi)的氣體燃燒都將時(shí)刻發(fā)生變化，這種變化一般會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)偏離最佳性能足、排放變差等問題，，改善發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能有效提升其動(dòng)力性、氣發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性國內(nèi)研究現(xiàn)狀然氣發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的因素主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)以及控制兩方面
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U464;U664.1

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本文編號(hào)：2676044