本文關(guān)鍵詞：自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的建模與控制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：汽車工業(yè)的發(fā)展和汽車保有量的增加以及石油資源的枯竭和環(huán)境的污染對傳統(tǒng)汽車工業(yè)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),遵循能源發(fā)展形勢及能源發(fā)展戰(zhàn)略,研發(fā)和使用節(jié)能減排的新能源汽車已經(jīng)成為解決能源和環(huán)境問題的必由之路�；旌蟿恿ζ囎鳛榧冸妱悠囇邪l(fā)過程中的一種面向市場的車型,成為當(dāng)代汽車發(fā)展的熱點(diǎn)。自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)(Free Piston Engine Generator,FPEG)作為混合動力汽車新型輔助動力源,具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、容易維修等優(yōu)點(diǎn)。由于FPEG取消傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)曲軸機(jī)構(gòu),活塞的運(yùn)動不受曲軸機(jī)構(gòu)約束,系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)可變壓縮比功能,提高了燃油經(jīng)濟(jì)性和對適用燃料的范圍。然而FPEG并沒有廣泛的應(yīng)用于實(shí)車,其中關(guān)鍵問題之一是缺乏可靠的活塞運(yùn)動控制系統(tǒng),本文針對自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)活塞運(yùn)動控制問題進(jìn)行研究。為此,本文首先對自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的工作機(jī)理進(jìn)行分析,根據(jù)其工作機(jī)理,在高級工程建模仿真平臺AMESim環(huán)境下搭建自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)仿真模型,通過對FPEG仿真模型基本運(yùn)動規(guī)律分析,從功能上驗(yàn)證了模型的合理性,并基于此模型,對FPEG的動力學(xué)特性進(jìn)行分析,確定了能夠影響FPEG活塞運(yùn)動的控制量,為活塞運(yùn)動控制器的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。然后,將FPEG的活塞運(yùn)動控制問題描述為壓縮間隙的跟蹤控制。基于能量守恒,建立了系統(tǒng)面向控制的簡化模型,提出了基于LQR的活塞運(yùn)動控制方法,通過調(diào)節(jié)循環(huán)噴油量來控制FPEG活塞壓縮間隙位置。通過AMESim與Matlab聯(lián)合仿真,對控制方案進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,驗(yàn)證了所提出的控制系統(tǒng)能夠獲得很好的活塞位置跟蹤性能。但是在負(fù)載變化時,該控制系統(tǒng)不能保證活塞運(yùn)動瞬態(tài)波動滿足安全約束。最后,針對活塞運(yùn)動瞬態(tài)波動超出安全約束的問題,在不改變LQR活塞運(yùn)動控制框架的情況,提出了基于Reference Governor方法的活塞運(yùn)動控制方案來處理約束�？紤]到系統(tǒng)未來狀態(tài)無法顯式表達(dá),利用牛頓迭代法預(yù)測系統(tǒng)輸出序列。通過AMESim與Matlab聯(lián)合仿真對Reference Governor控制系統(tǒng)的控制效果進(jìn)行仿真驗(yàn)證,驗(yàn)證了Reference Governor和LQR可以協(xié)調(diào)工作,在保證活塞運(yùn)動波動滿足安全約束的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)具有較好的活塞位置跟蹤性能。本文為自由活塞運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一些思路,但是還有一些工作需要進(jìn)一步進(jìn)行。在實(shí)際系統(tǒng)中,活塞當(dāng)前的運(yùn)動位置不容易獲取,需要對活塞的運(yùn)動位置進(jìn)行估計(jì),此外,本文并未對自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的啟動過程進(jìn)行分析,未來需要對FPEG的啟動控制進(jìn)行研究。
【關(guān)鍵詞】：自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī) 活塞運(yùn)動控制系統(tǒng) 線性二次型最優(yōu)控制 約束 Reference Governor
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM31
【目錄】：

• 前言4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第1章 緒論14-23
• 1.1 課題背景及研究意義14
• 1.2 自由活塞發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)14-16
• 1.3 自由活塞發(fā)動機(jī)發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3.1 自由活塞發(fā)動機(jī)的發(fā)展歷史16-17
• 1.3.2 自由活塞發(fā)動機(jī)研究現(xiàn)狀17-20
• 1.4 目前存在的問題20-21
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容21-23
• 第2章 自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)機(jī)理研究及建模23-41
• 2.1 FPEG工作原理23-24
• 2.2 FPEG機(jī)理研究24-28
• 2.2.1 氣缸熱力學(xué)24-27
• 2.2.2 活塞運(yùn)動動力學(xué)27
• 2.2.3 電磁負(fù)載動力學(xué)27-28
• 2.3 基于AMESim環(huán)境FPEG仿真模型的搭建28-32
• 2.3.1 AMESim仿真環(huán)境簡介29-30
• 2.3.2 FPEG仿真模型的搭建30-32
• 2.4 FPEG仿真模型合理性及動力學(xué)特性分析32-40
• 2.4.1 基本運(yùn)動規(guī)律及合理性分析32-33
• 2.4.2 動力學(xué)特性分析33-40
• 2.5 本章小結(jié)40-41
• 第3章 基于LQR的自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)活塞運(yùn)動控制41-59
• 3.1 控制問題的提出41-42
• 3.2 FPEG面向控制模型42-46
• 3.2.1 FPEG壓縮沖程做功43-45
• 3.2.2 FPEG膨脹沖程做功45
• 3.2.3 FPEG進(jìn)排氣沖程做功及電磁功45-46
• 3.3 基于LQR的活塞運(yùn)動控制46-53
• 3.3.1 控制方案的提出46-47
• 3.3.2 線性二次型(LQR)最優(yōu)控制原理47-49
• 3.3.3 未引入積分環(huán)節(jié)LQR控制器設(shè)計(jì)49-51
• 3.3.4 引入積分環(huán)節(jié)LQR控制器設(shè)計(jì)51-53
• 3.4 仿真驗(yàn)證53-57
• 3.4.1 未引入積分環(huán)節(jié)LQR控制系統(tǒng)仿真結(jié)果分析53-55
• 3.4.2 引入積分環(huán)節(jié)LQR控制系統(tǒng)仿真結(jié)果分析55-57
• 3.5 本章小結(jié)57-59
• 第4章 基于Reference Governor的活塞運(yùn)動控制59-71
• 4.1 Reference Governor方法簡介59-62
• 4.1.1 理論基礎(chǔ)59-61
• 4.1.2 算例研究61-62
• 4.2 基于Reference Governor的FPEG控制方案的提出62-64
• 4.3 基于Reference Governor活塞運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)64-67
• 4.4 仿真驗(yàn)證67-70
• 4.5 本章小結(jié)70-71
• 第5章 全文總結(jié)71-73
• 5.1 全文工作總結(jié)71-72
• 5.2 未來工作展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-79
• 作者簡介及研究成果79-80
• 致謝80

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 曾賢虎;王豐玉;;“十一五”我國內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品進(jìn)出口分析[J];移動電源與車輛;2011年02期

2 曾賢虎;王豐玉;;我國內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組行業(yè)發(fā)展概況及趨勢[J];移動電源與車輛;2011年03期

3 ;全國內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)許可證發(fā)放工作全面展開[J];內(nèi)燃機(jī)工程;1990年02期

4 А.Γ.Андреев;紀(jì)祖訓(xùn);;養(yǎng)路機(jī)械用內(nèi)燃發(fā)電機(jī)車[J];國外內(nèi)燃機(jī)車;1992年06期

5 張洪戰(zhàn),尚云峰;內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組的功率標(biāo)定與選擇使用[J];移動電源與車輛;1998年04期

6 ;弧焊內(nèi)燃發(fā)電機(jī)(柴油機(jī))[J];機(jī)電工程;2000年06期

7 田春來;馮慧華;尚蛟;左正興;;自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)能量轉(zhuǎn)換與傳遞過程研究[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報;2012年11期

8 裴云偉;;單片機(jī)與計(jì)算機(jī)技術(shù)在內(nèi)燃發(fā)電機(jī)監(jiān)控中的應(yīng)用[J];科技與企業(yè);2013年06期

9 劉福水;趙術(shù)偉;王道靜;姜一通;;自由活塞式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)啟動過程分析[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報;2013年07期

10 陳進(jìn)康;劉勝;厲耀慶;;新型內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組性能自動測試裝置[J];內(nèi)燃機(jī)工程;1992年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 任華華;王淼森;;燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)在冷熱電分布式能源系統(tǒng)中的應(yīng)用[A];2009年全國節(jié)能與綠色建筑空調(diào)技術(shù)研討會暨北京暖通空調(diào)專業(yè)委員會第三屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 徐真理;3200千瓦瓦斯發(fā)電機(jī)組在浙江義烏問世[N];中國工業(yè)報;2009年

2 王豐玉;2007年，，內(nèi)燃機(jī)組市場將步入低谷[N];中國電力報;2005年

3 中國電器工業(yè)協(xié)會內(nèi)燃發(fā)電設(shè)備分會楊成林 蘭州電源車輛研究所柴巍;內(nèi)燃發(fā)電設(shè)備市場空間大[N];中國工業(yè)報;2003年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 李慶峰;自由活塞式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的研究[D];上海交通大學(xué);2011年

2 王道靜;自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性研究[D];北京理工大學(xué);2015年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 王登強(qiáng);對置四沖程自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與數(shù)值仿真[D];南京理工大學(xué);2015年

2 梅永超;小型燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組的非線性魯棒控制研究[D];中國石油大學(xué)(華東);2014年

3 楊榮彬;自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的建模與控制[D];吉林大學(xué);2016年

4 黃霞;自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)仿真[D];上海交通大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的建模與控制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：453587