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火花点火式煤层气发动机控制模型及动态仿真研究

张莲

  开发利用煤层气对于充分利用能源,改善我国能源结构,减少煤矿瓦斯灾害,保护全球环境,都具有极为重要的意义。我国从六五开始,尤其是90年代以来,一直重视煤层气资源的研究评价工作,目前己将其列入我国“十五”能源发展计划。本文的研究内容主要是关于改装后的S195柴油机燃用变组分煤层气的控制模型建立及仿真,进行了理论研究和分析。本文首先较为系统的介绍了目前国内外气体燃料发动机的研究状况,然后分析了新型燃料煤层气发动机研制的可行性并对改制的煤层气发动机系统进行了简单说明。文章主体的内容包括建立发动机燃用变组分燃料的控制模型,建模的思路是采用基于时间的发动机平均值模型,其中分为进气歧管、发动机动力学、调速器等发动机各子系统模型,另外包括对发动机进气系统、运行参数进行检测的传感器模型以及驱动阀门的步进电机模型等。建模的主要目的是实现变浓度煤层气发动机的空燃比控制和调速控制,并根据模型进行MATLAB/SIMULINK动态仿真。在空燃比控制方面,通过对执行机构步进电机结构的分析,建立了其较为精确的静动态模型,分析了步进电机驱动燃气阀和空气阀控制系统的传函及控制方法的整定和控制参数的选择,最后设计了一个控制效果较好的控制器用于煤层气发动机空燃比的控制。在调速控制方面,根据原机改进的喷油泵油量调整规范实验结果,基于MATLAB编制了一个调速器的控制程序,在SIMULINK仿真环境中将该程序作为S函数调用。通过调速器的仿真可以发现,仿真结果与实际比较吻合,可以满足发动机的速度控制需要。最后,在发动机整机仿真方面,以输出转速和有效扭矩作为两个指标,在恒负载变油门和恒油门变负载的试验工况下对模型进行了SIMULINK仿真并与实机测试结果进行了对比,结果表明模型的预测效果与实测值有较好的一致性,个别模型预测的参数变化相位与实测值有一定差别,但在一定精度范围内满足要求。……   
[关键词]:变组分煤层气;火花点火发动机;控制模型;动态仿真
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:合肥工业大学2004年