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(chē)工業(yè)的發(fā)展和汽車(chē)保有量的增加以及石油資源的枯竭和環(huán)境的污染對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)工業(yè)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),遵循能源發(fā)展形勢(shì)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(chē)已經(jīng)成為解決能源和環(huán)境問(wèn)題的必由之路�；旌蟿�(dòng)力汽車(chē)作為純電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)過(guò)程中的一種面向市場(chǎng)的車(chē)型,成為當(dāng)代汽車(chē)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(dòng)力汽車(chē)新型輔助動(dòng)力源,具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易維修等優(yōu)點(diǎn)。由于FPEG取消傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸機(jī)構(gòu),活塞的運(yùn)動(dòng)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(duì)適用燃料的范圍。然而FPEG并沒(méi)有廣泛的應(yīng)用于實(shí)車(chē),其中關(guān)鍵問(wèn)題之一是缺乏可靠的活塞運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),本文針對(duì)自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題進(jìn)行研究。為此,本文首先對(duì)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(jí)工程建模仿真平臺(tái)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(guò)對(duì)FPEG仿真模型基本運(yùn)動(dòng)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(duì)FPEG的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析,確定了能夠影響FPEG活塞運(yùn)動(dòng)的控制量,為活塞運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。然后,將FPEG的活塞運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題描述為壓縮間隙的跟蹤控制�；谀芰渴睾�,建立了系統(tǒng)面向控制的簡(jiǎn)化模型,提出了基于LQR的活塞運(yùn)動(dòng)控制方法,通過(guò)調(diào)節(jié)循環(huán)噴油量來(lái)控制FPEG活塞壓縮間隙位置。通過(guò)AMESim與Matlab聯(lián)合仿真,對(duì)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(shí),該控制系統(tǒng)不能保證活塞運(yùn)動(dòng)瞬態(tài)波動(dòng)滿足安全約束。最后,針對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)瞬態(tài)波動(dòng)超出安全約束的問(wèn)題,在不改變LQR活塞運(yùn)動(dòng)控制框架的情況,提出了基于Reference Governor方法的活塞運(yùn)動(dòng)控制方案來(lái)處理約束�？紤]到系統(tǒng)未來(lái)狀態(tài)無(wú)法顯式表達(dá),利用牛頓迭代法預(yù)測(cè)系統(tǒng)輸出序列。通過(guò)AMESim與Matlab聯(lián)合仿真對(duì)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(dòng)波動(dòng)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(dòng)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(dòng)位置不容易獲取,需要對(duì)活塞的運(yùn)動(dòng)位置進(jìn)行估計(jì),此外,本文并未對(duì)自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析,未來(lái)需要對(duì)FPEG的啟動(dòng)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(dòng)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)14-16
• 1.3 自由活塞發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史16-17
• 1.3.2 自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)研究現(xiàn)狀17-20
• 1.4 目前存在的問(wèn)題20-21
• 1.5 本文的主要研究?jī)?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(dòng)動(dòng)力學(xué)27
• 2.2.3 電磁負(fù)載動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)力學(xué)特性分析32-40
• 2.4.1 基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律及合理性分析32-33
• 2.4.2 動(dòng)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(dòng)控制41-59
• 3.1 控制問(wèn)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(dòng)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(dòng)控制59-71
• 4.1 Reference Governor方法簡(jiǎn)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(dòng)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(lái)工作展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-79
• 作者簡(jiǎn)介及研究成果79-80
• 致謝80

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  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(hào)：453587