变组分沼气动力空燃比控制策略研究

发布时间：2017-10-03 03:18

  本文关键词：变组分沼气动力空燃比控制策略研究

  更多相关文章： 沼气流量特性 进气量调节阀 空燃比 模糊PID控制

【摘要】：能源短缺和生态环境恶化是21世纪人类面临的主要问题。沼气作为热值高、可再生的清洁能源,具有巨大的社会和经济价值,引起了人们极大的关注。在沼气燃烧过程中,空燃比是影响燃烧效率、发动机动力性能和排放性能的关键因素,对沼气在燃烧过程中的空燃比进行控制,可以稳定燃烧过程,提高燃烧速度,从而提高燃烧效率。在沼气技术研究发展过程中,其组分变化过大导致空燃比控制困难,因此如何实现变组分沼气动力空燃比控制是当前研究的重点难题。本文首先对沼气发动机燃气供给系统进行研究。设计了沼气供气系统流量控制方案,可以根据空燃比控制要求对沼气浓度扰动进行快速有效的流量控制。根据实际样机的要求设计了沼气进气流量调节阀,完成了阀的流量特性实验,研究了阀在沼气组分不同情况下的流量变化规律以及对应的流量范围。其次,本文研究了沼气动力空燃比控制策略。以沼气发动机为研究对象,利用GT-POWER和MATLAB/Simulink建立单缸发动机仿真模型以及空燃比控制仿真模型,分别基于PID算法和模糊PID控制算法对沼气在燃烧过程中的空燃比进行控制,可以使空燃比值稳定在给定值附近。结果显示,采用模糊PID算法对空燃比进行控制时,系统有更好的控制精度和稳定性。最后对实际样机进行了模糊PID空燃比控制实验。在改变沼气组分时,分别针对起动工况、空载工况、加载工况进行了研究。通过实验确定了起动工况的过量空气系数及不同负载和组分对应的最优过量空气系数;实验显示,在加载时本文所控制的过量空气系数波动较小,响应时间短。本文研究设计的燃气供给系统及变组分沼气动力空燃比控制系统控制效果良好,达到了预期目标。
【关键词】：沼气流量特性 进气量调节阀 空燃比 模糊PID控制
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ038
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 沼气发电机组的国内外发展现状11-12
• 1.2.2 燃气动力空燃比控制策略的研究12-15
• 1.3 论文的主要研究内容15-16
• 第二章 沼气进气量调节阀流量特性的研究16-28
• 2.1 沼气供气系统流量控制方案16-17
• 2.2 沼气进气量调节阀的结构设计17-19
• 2.3 沼气进气量调节阀的驱动控制系统设计19-20
• 2.4 沼气进气量调节阀的流量特性研究20-27
• 2.4.1 流量特性实验装置及沼气成分配制21-22
• 2.4.2 流量特性研究22-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 沼气动力空燃比控制策略研究28-53
• 3.1 空燃比控制特点的概述28
• 3.2 沼气动力空燃比控制总体方案28-29
• 3.3 沼气发动机仿真模型的建立29-38
• 3.3.1 沼气发动机进排气模块建模31-33
• 3.3.2 沼气发动机气缸模块建模33-38
• 3.3.3 沼气发动机曲轴模块建模38
• 3.4 沼气发动机仿真模型验证38-40
• 3.5 沼气动力空燃比控制策略40-46
• 3.5.1 基于经典PID算法空燃比控制策略40-43
• 3.5.2 基于模糊PID算法空燃比控制策略43-46
• 3.6 沼气动力空燃比控制模型的仿真46-52
• 3.6.1 沼气组分对空燃比的影响47-49
• 3.6.2 节气门变化对空燃比的影响49-50
• 3.6.3 发电机组速度对空燃比的影响50-52
• 3.7 本章小结52-53
• 第四章 沼气发电机组空燃比控制实验研究53-64
• 4.1 实验平台53-54
• 4.2 沼气发动机的空燃比控制实验54-62
• 4.2.1 起动工况54-56
• 4.2.2 空载实验56-57
• 4.2.3 加载实验57-62
• 4.3 本章小结62-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 5.1 本文工作总结64
• 5.2 后续工作展望64-66
• 参考文献66-69
• 附录69-70
• 攻读学位期间发表的学术论文69
• 攻读学位期间发表的专利69
• 攻读学位期间参加的科研项目69-70
• 致谢70

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