本文關鍵詞：自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機的建模與控制，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,成為當代汽車發(fā)展的熱點。自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機(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、結構簡單、容易維修等優(yōu)點。由于FPEG取消傳統(tǒng)發(fā)動機曲軸機構,活塞的運動不受曲軸機構約束,系統(tǒng)能夠實現(xiàn)可變壓縮比功能,提高了燃油經(jīng)濟性和對適用燃料的范圍。然而FPEG并沒有廣泛的應用于實車,其中關鍵問題之一是缺乏可靠的活塞運動控制系統(tǒng),本文針對自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機活塞運動控制問題進行研究。為此,本文首先對自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機的工作機理進行分析,根據(jù)其工作機理,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)電機仿真模型,通過對FPEG仿真模型基本運動規(guī)律分析,從功能上驗證了模型的合理性,并基于此模型,對FPEG的動力學特性進行分析,確定了能夠影響FPEG活塞運動的控制量,為活塞運動控制器的設計奠定了基礎。然后,將FPEG的活塞運動控制問題描述為壓縮間隙的跟蹤控制�；谀芰渴睾�,建立了系統(tǒng)面向控制的簡化模型,提出了基于LQR的活塞運動控制方法,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,對控制方案進行了仿真驗證,驗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。但是在負載變化時,該控制系統(tǒng)不能保證活塞運動瞬態(tài)波動滿足安全約束。最后,針對活塞運動瞬態(tài)波動超出安全約束的問題,在不改變LQR活塞運動控制框架的情況,提出了基于Reference Governor方法的活塞運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,利用牛頓迭代法預測系統(tǒng)輸出序列。通過AMESim與Matlab聯(lián)合仿真對Reference Governor控制系統(tǒng)的控制效果進行仿真驗證,驗證了Reference Governor和LQR可以協(xié)調(diào)工作,在保證活塞運動波動滿足安全約束的基礎上,系統(tǒng)具有較好的活塞位置跟蹤性能。本文為自由活塞運動控制系統(tǒng)的設計提供一些思路,但是還有一些工作需要進一步進行。在實際系統(tǒng)中,活塞當前的運動位置不容易獲取,需要對活塞的運動位置進行估計,此外,本文并未對自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機的啟動過程進行分析,未來需要對FPEG的啟動控制進行研究。
【關鍵詞】：自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機 活塞運動控制系統(tǒng) 線性二次型最優(yōu)控制 約束 Reference Governor
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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)動機結構及特點14-16
• 1.3 自由活塞發(fā)動機發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3.1 自由活塞發(fā)動機的發(fā)展歷史16-17
• 1.3.2 自由活塞發(fā)動機研究現(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)電機機理研究及建模23-41
• 2.1 FPEG工作原理23-24
• 2.2 FPEG機理研究24-28
• 2.2.1 氣缸熱力學24-27
• 2.2.2 活塞運動動力學27
• 2.2.3 電磁負載動力學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特性分析32-40
• 2.4.1 基本運動規(guī)律及合理性分析32-33
• 2.4.2 動力學特性分析33-40
• 2.5 本章小結40-41
• 第3章 基于LQR的自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機活塞運動控制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進排氣沖程做功及電磁功45-46
• 3.3 基于LQR的活塞運動控制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控制器設計49-51
• 3.3.4 引入積分環(huán)節(jié)LQR控制器設計51-53
• 3.4 仿真驗證53-57
• 3.4.1 未引入積分環(huán)節(jié)LQR控制系統(tǒng)仿真結果分析53-55
• 3.4.2 引入積分環(huán)節(jié)LQR控制系統(tǒng)仿真結果分析55-57
• 3.5 本章小結57-59
• 第4章 基于Reference Governor的活塞運動控制59-71
• 4.1 Reference Governor方法簡介59-62
• 4.1.1 理論基礎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活塞運動控制系統(tǒng)設計64-67
• 4.4 仿真驗證67-70
• 4.5 本章小結70-71
• 第5章 全文總結71-73
• 5.1 全文工作總結71-72
• 5.2 未來工作展望72-73
• 參考文獻73-79
• 作者簡介及研究成果79-80
• 致謝80

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4 А.Γ.Андреев;紀祖訓;;養(yǎng)路機械用內(nèi)燃發(fā)電機車[J];國外內(nèi)燃機車;1992年06期

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