基于负载转矩主动观测的农用柴油机瞬态过程控制研究

针对农用柴油机在瞬态突加负载工况下因涡轮迟滞效应造成的发动机转速下降和油耗上升问题,提出一种基于负载转矩主动观测的农用柴油机瞬态过程控制算法。首先,建立了农耕机耕地阻力矩和发动机驱动转矩预测模型,采用跟踪-微分器实现了作业模式识别、耕深预测及负载转矩预测,设计了增压压力前馈控制器;然后将预测模型的偏差与外部转矩干扰统一视为"总扰动",采用扩张状态观测器进行在线估计和补偿;接着基于耕深与发动机转速的动态过程信息,采用递推优化算法设计了负载转矩模型的参数学习算法,用于在线优化模型参数,提高前馈精度,降低总扰动观测负担。在试验校准的高精度Simulink平台上,对算法进行仿真验证,结果表明:较传统控制方法,采用该控制方案后,瞬态过程的空气供给速度提升53.1%,指示转矩响应速度提升44.7%,进而使发动机的转速波动降低98.8%,瞬态过程有效燃油消耗率降低7.0%。     

基于非线性模型的舰船电站柴油机瞬态特性仿真及试验研究

建立了舰船高背压涡轮增压柴油机的非线性动态仿真模型,并在VC 环境下开发了仿真软件,对负荷突加突卸、排气背压波动、停机过程等典型瞬态工况进行仿真研究。仿真结果与试验结果的比较表明该仿真模型具有较高的精度,可以用于研究柴油机在瞬态工况下的运行特性,可以较好的反映柴油机宏观的性能参数的动态特性,也可以从微观上描述柴油机的动态热力过程。     

应急柴油发电机组的建模与瞬态仿真

建立了某柴油发电机组柴油机的瞬态仿真模型,在Matlab/Simulink仿真平台编制了仿真计算程序,根据核电站反应堆安全停堆的负荷特性,进行了柴油机突加负载瞬态仿真计算,预测了柴油机的转速、喷油量、进气压力以及齿条位置等参数的变化。将计算结果与国外某公司的计算结果进行了对比分析,验证了所建立仿真模型的准确性及实用性。     

EGR对涡轮增压柴油机瞬态特性的影响

通过一台电控单体泵柴油机进行定转速瞬态加载和定负荷瞬态加速试验,分析不同废气再循环(EGR)阀开度下柴油机重要性能参数在瞬态工况时的变化趋势.结果表明:在瞬态加载过程中,由于增压器响应滞后以及进/排气的相互影响,进气滞后现象严重,空燃比下降且碳烟(soot)排放值升高;在瞬态加速过程中,进气流量滞后现象不明显,由于油量超调引起过量空气系数减小,使得soot排放量增多;在整个瞬态试验过程中,氮氧化物(NOx)排放变化趋势与进气氧体积分数变化趋势的相关程度高于EGR率.在瞬态工况下,由于进气状态发生变化,传统的基于EGR率的EGR控制方法已不适用,需要研究新的柴油机瞬态控制策略.     

某F级重型燃气轮机启动过程仿真研究

基于MATLAB/SIMULINK仿真平台,采用模块化建模方法建立了重型燃气轮机非线性仿真模型以及启动过程中启动升速、转速/功率与压气机进口可转导叶开度(IGV)温度控制等关键控制器仿真模型。以某F级重型燃气轮机机组为研究对象,对设计工况与启动加载过程进行了仿真计算与分析,结果表明,所搭建的燃气轮机瞬态仿真模型不仅在设计工况下具有较好的仿真精度,还可以对燃气轮机启动过程进行较好的仿真模拟,在机组瞬态过程运行特性分析与预测,控制系统的调试与优化以及系统与设备的故障诊断等方面均具有实际的工程意义。     

内燃机台架用测功机控制模式的建模与仿真

Simulink环境下,采用Simulink自带的仿真模块,分别建立测功器恒扭矩/油门恒转速M/n,在测功器恒转速/油门恒扭矩控制n/M,测功器恒扭矩/油门恒位置M/P三种控制模式的仿真模型,对发动机加速加载过程进行仿真分析,结果表明,仿真结果与实际相符,验证了所建模型的正确性。本仿真模型对研究发动机在不同控制模式下的动态运转时的性能,进行发动机参数分析等可以提供一定的帮助。     

二级可调增压柴油机高海拔瞬态特性仿真

为改善车用柴油机高海拔下瞬态工况涡轮迟滞、进气流量响应慢及油耗和碳烟排放增加等问题,利用GTPower建立高海拔单可变截面增压(VGT)二级可调增压柴油机仿真模型,研究了0、3.5和5.5 km海拔下等速加载和恒载加速两种瞬态工况VGT叶片的调节特性,比较VGT叶片3种控制策略对柴油机瞬态特性的影响.结果表明:等速加载工况下,VGT最优控制策略为加载初期保持VGT叶片开度不变至加载中段,之后开度线性增加至加载后稳态工况对应开度;恒载加速工况下,加速初期开始增大VGT叶片开度,至加载中段开度增加至最大转速对应开度,之后VGT开度保持不变持续至加速结束的调节策略加速性能最好.二级可调增压柴油机高海拔加载、加速性能明显优于原机,5.5 km海拔加载过程转矩平均提高了6.2%,加速过程达到最终稳定转速时间缩短了44.8%,体现了二级可调增压系统改善柴油机瞬态特性的优越性.     

船用中速柴油机加载过程油气匹配控制策略研究

根据柴油机加载过程转速调节受增压空气压力抑制的特点,研究了船用中速柴油机瞬态加载过程用压气机叶片端高压空气喷射方式进行补气的增压压力变化特性,并根据柴油机力矩不均衡产生的动态变化特点,结合适应柴油机时滞特性的比例-积分-微分(PID)控制方法,形成了柴油机瞬态加载过程油气匹配的调速控制策略。经某船用中速柴油机台架试验验证证实,采用加载过程压气机叶片端高压空气喷射方式进行补气的油气匹配控制策略,使柴油机0%~50%负荷加载过程瞬态调速率从4.9%优化至3.8%,稳定时间从3.1s优化至2.0s;50%~100%负荷加载过程瞬态调速率从2.9%优化至2.3%,稳定时间从2.4s优化至1.8s。     

船用中速柴油机加载过程油气匹配控制策略研究船用中速柴油机加载过程油气匹配控制策略研究

根据柴油机加载过程转速调节受增压空气压力抑制的特点, 研究了船用中速柴油机瞬态加载过程用压气机叶片端高压空气喷射方式进行补气的增压压力变化特性, 并根据柴油机力矩不均衡产生的动态变化特点, 结合适应柴油机时滞特性的比例-积分-微分（PID）控制方法, 形成了柴油机瞬态加载过程油气匹配的调速控制策略。经某船用中速柴油机台架试验验证证实, 采用加载过程压气机叶片端高压空气喷射方式进行补气的油气匹配控制策略, 使柴油机0%~50%负荷加载过程瞬态调速率从4.9%优化至3.8%, 稳定时间从3.1 s优化至2.0 s； 50%~100%负荷加载过程瞬态调速率从2.9%优化至2.3%, 稳定时间从2.4 s优化至1.8 s。     

进气喷甲醇降低柴油机加速冒烟的研究

针对柴油机瞬态工况排放黑烟的现象,采用同步往进气道喷甲醇加以抑制的方法进行了研究.为此开发了一套根据发动机工况变化的甲醇喷射的电控系统.在一台高速非增压直喷柴油机上对进气喷甲醇和纯柴油的瞬态烟度排放两种情况进行了试验对比研究.结果表明,以城市公交车的起步加速和加载加速工况以及发动机高低转速下的增转矩瞬态工况为对象,进气喷甲醇的方法可以减少烟度排放达到50%以上,说明采用进气喷甲醇为柴油机解决冒黑烟问题提供了一种技术途径.     

柴电混合动力船舶机动性能研究

为解决传统机械推进系统在低速机动航行阶段出现油耗率高及环境污染严重等问题,结合柴油机驱动与电机驱动各自的优点,运用Matlab/Simulink分别建立四象限船-机-桨运动模型及柴油机、电机动力系统的动态仿真模型,对比分析低负荷机动航行工况下纯柴油机驱动船舶速度响应与电机驱动船舶速度响应及油耗量与耗电量情况。研究结果表明,低速机动航行起动工况下电动机驱动(power take in,PTI)模式具有经济、节能环保和动力性良好的优势,该研究为船舶混合动力系统的研究提供了理论支撑及指导。     

可调二级增压柴油机增压压力控制策略计算研究

对可调二级增压柴油机的增压压力控制策略进行了计算研究,建立了可调二级增压柴油机的瞬态平均参数模型,应用模型对可调二级增压柴油机进行了系统辨识,得到了不同工况下增压压力对调节阀开度的频率响应伯德图。针对不同工况设计了增压压力的PI反馈控制模块参数,为了加快瞬态响应能力,为控制器添加了前馈模块。设计了柴油机的瞬态加载工况和稳态干扰工况。模拟计算结果表明:该控制器在增压压力提高了22 kPa的基础上,稳定用时却比单级增压的原机减少了4.6 s。在稳态测量误差的干扰下,控制器使增压压力的变化幅度只有不到2%。     

配置电控分配泵的柴油机过滤过程研究

利用位置式电控燃油喷射系统和功能完善的电控发动机开发平台对江铃4JB1发动机的加速、减速、突变负荷等过程进行了深入的微观过程研究,并给出了多方面的结果。瞬态过程研究为深入分析电控系统和电控柴油机的性能提供了崭新的手段。     

基于非线性动力学模型的柴油机瞬时转速仿真和缸内压力重构研究

针对目前常用的基于柴油机线性动力学模型仿真误差较大的不足,采用非线性动力学模型和变转动惯量对瞬时转速进行仿真,得到了瞬时转速、指示扭矩和缸内压力之间的关系,并通过瞬时转速重构单缸独立做功阶段缸内压力。采用一种迭代算法,对6-135G型柴油机各缸压力进行了重构,结果表明基于瞬时转速的缸内压力重构是可行有效的。     

Effect of air injection on the characteristics of transient response in a turbocharged diesel engine

An experimental study was performed to investigate the improvement of transient characteristics of a turbocharged diesel engine under the conditions of low speed and fast acceleration with the load. In this study, the experiment for improving the low speed torque and acceleration performance is performed by means of injecting air into the intake manifold during the period of low speed and application of a fast acceleration. The effects of air injection into the intake manifold on the response performance are investigated at various thermodynamic parameters such as air injection pressure, air injection period, accelerating rate, accelerating time, engine speed and load. The experimental results show that air injection into the intake manifold at compressor exit is closely related to the improvement of low speed and acceleration performance of a turbocharged diesel engine. During the rapid acceleration period, the air injection into the intake manifold of turbocharged diesel engine indicates the improvement of the combustion characteristics and gas pressure in the cylinder. At low speed range of the engine, the effect of air injection shows the improvement of the pressure distribution of turbocharger and combustion pressure during the period of gas exchange pressure.     

基于试验的机油温度对柴油机阻力矩影响规律的预测方法

提出了一种根据在柴油机停机过程中的瞬时转速信号计算柴油机阻力矩的方法,并针对一台多缸柴油机,测量和分析了不同转速下柴油机阻力矩随机油温度的变化规律,采用多项式拟合方法得到阻力矩与机油温度的关系式。试验和计算结果表明：在相同转速下,阻力矩随着机油温度的降低而上升,并呈现二次多项式变化规律;转速越高,阻力矩随着机油温度的降低而上升越多;并通过数据拟合的公式预测了一定机油温度和转速范围内的旋转阻力矩。     

柴-柴联合动力装置单调速器并车控制法的数学建模和仿真

柴-柴联合动力装置(CODAD)是一种符合国情的推进装置。在建立单调速器法负荷控制器的数学模型后,利用仿真应用软件Matlab/Simulink将其转化为仿真模型,并进行仿真研究。仿真结果表明:单调速器法可以很好地解决柴油机双机并车运行过程中的关键性问题———负荷合理分配问题,保证了双柴油机运行时(稳态或动态过程)柴油机输出转速的稳定性和负荷分配的合理性。     

D683系列船用柴油机的研制开发

D683系列船用柴油机是在D6114车用型柴油机基础上,借鉴国际上九十年代中期先进船用柴油机的设计经验,由上海柴油机股份有限公司研制开发的新一代高速、轻型、低排放、节能型船用柴油机。功率范围为154～205kW,主要用于高速船艇的主机动力,也可用于舰船的辅机、发电机组等。着重介绍了该系列船用柴油机的性能研究、设计结构和研制开发的情况。     

高海拔可调两级增压柴油机油气协同控制研究

以某Ⅴ型6缸柴油机为研究对象,采用GT-Power软件开展高海拔可调两级涡轮增压柴油机油气协同控制研究。仿真模型的进气模块选用可调两级涡轮增压系统,燃烧模块的标定采用柴油机在低过量空气系数下的试验数据进行。采用该标定后的仿真模型开展了不同过量空气系数和喷油量工况下柴油机高原性能仿真计算。结果表明:在海拔4 500 m,且满足最高燃烧压力和排温限制的条件下,采用可调两级增压并结合油气协同控制,柴油机扭矩和功率可达到100%恢复;研究同时获得了最大扭矩和最大功率恢复的油气协同控制方法。     

基于瞬时转速相关分析的柴油机工作均匀性检测

将瞬时转速信号相关分析应用于柴油机缸内工作过程均匀性的检测与诊断，对不同气缸压缩、做功时间段的瞬时转速信号的互相关函数的特征及其与柴油机工作状态之间的关系进行了分析讨论。研究表明：利用相关分析方法来监测各缸工作过程的差异是可行的。