船用发动机缸压反馈控制硬件在环技术研究
发布时间：2021-03-26 04:32
随着缸压传感器技术的进步、成本的降低和人们对发动机高效、可靠和低排放的要求越来越高,船用发动机开始探索缸压反馈控制技术的应用。但是,船用发动机缸压反馈控制技术目前仍处于研究和发展阶段,需要进行大量的试验和科学探索。缸压反馈控制器快速原型和硬件在环仿真平台能为船用发动机缸压反馈控制策略研究和系统开发提供开发平台和测试环境,减少实机试验成本,降低试验风险。本文以船用6L16/24-CR型柴油机为研究对象,开发具有自主知识产权的船用发动机缸压反馈控制器快速原型;研究船用发动机缸压反馈控制硬件在环仿真平台,以验证快速原型的I/O功能、软件逻辑和控制效果。船用发动机缸压反馈控制快速原型选用NI cRIO-9082嵌入式控制器和LabVIEW软件作为开发平台,缸压反馈控制策略以IMEP和CA50作为反馈变量,喷射脉宽和喷射正时作为控制变量。控制软件中还包含特别的位置管理模块和用于反馈变量提取的缸压信号采集和处理模块。船用发动机缸压反馈控制硬件在环仿真平台主要由虚拟发动机、LabCAR系统硬件、控制器快速原型组成。虚拟发动机为模拟发动机运行状态的实时仿真模型,是硬件在环仿真平台的重要部分。该模型根据...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
V型开发模式结构图
评估了缸内燃烧循环变动对指示平均有效压力的影响，旨在通过减小循环间的燃烧循环变动来减少油耗。最后，在整车层面上，采用不同的测试循环，将基于曲轴转角计算的缸内工作过程和实时发动机模型结合在一起评估发动机的节油潜力。结果表明当点燃式发动机燃烧循环变动减小时，发动机具有减少油耗的潜力[44]。国内外许多船舶企业和单位也有从事缸压控制相关的研究，如W rtsil 公司正在为二冲程发动机开发ICC系统，即智能燃烧控制系统，如图 1-2所示。该系统利用ABB压力传感器采集到各缸的缸压信号，进行计算和修正后，将缸压信号与曲轴转角信号一一对应，并利用多项式求解出压缩压力和爆发压力。将求解得到的实际压缩压力和爆发压力与经过进气温度、扫气温度和大气压力修正后的标定值对比，以此调整喷油正时和排气阀的关闭时刻，确保发动机的压缩压力和爆发压力维持在标定值附近，从而优化发动机整个运行工况。并且当ICC系统运行的时候，内置的安全功能能够限制压力升高比，减小发动机部件的过度磨损，降低过负荷带来的风险并避免错误的人工操作[45]。
图 2-1 NI-compactRIO平台实物图ompactRIO系统的基本结构如图 2-2，cRIO硬件平台的主要优势在于1)高级的控制功能：NI cRIO系统具有高度的灵活性，不仅能通过实现经典的PID控制，也能实现其他的现代控制方法，如基于模型经网络控制等。2)高速、优质的信号获取和处理：一个系统中往往包含多种类型的量，需要既能采集温度、压力等缓变信号，又能采集缸压、振动、信号。NI cRIO中集成的FPGA，即现场可编程门阵列，在缸压信号时拥有便捷、稳定和高效等方面的优势，同时平台中集成有大量高可用于测量、控制应用。3)牢固、可靠的嵌入式硬件：NI cRIO采用工业级设计，通过了各和安全性的国际认证、评级，硬件整体坚固、小巧、可靠，工作温℃~70℃，在狭小的空间和恶劣的环境下依然保持良好的性能。4)灵活的模块化平台：NI cRIO具有可拓展的特点，可以根据控制搭配硬件系统，包括可配置标准的C系列I/O模块、不同型号的控制
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃油品质对柴油机燃烧循环变动特性及性能的影响[J]. 张晓琴,蔡忠周,王增全,李玉峰,李耀宗,李云广,黄云亮,王晓滕,张冬梅,刘继林. 车用发动机. 2015(03)
[2]缸压反馈燃烧状态指标建模与仿真[J]. 李晔,费栋梁,陆娟,李文文. 现代车用动力. 2014(04)
[3]柴油机燃烧循环均匀性分析[J]. 王广夫,喻崇俊,周建辉. 中国水运(下半月). 2014(08)
[4]基于缸压信号的柴油机NOx排放建模[J]. 张静一,杨福源,欧阳明高,帅石金. 车用发动机. 2013(04)
[5]柴油机基于缸压的闭环反馈控制技术[J]. 杨福源,杨雨平,欧阳明高,陈林,杨学青. 内燃机学报. 2012(02)
[6]基于光电编码器的柴油机缸内压力测试技术[J]. 王明鹤,陈五星,季晨龙. 内燃机与配件. 2012(01)
[7]柴油机预混合燃烧循环变动特性研究[J]. 郑金保,缪雪龙,王先勇,洪建海,陈希颖. 内燃机工程. 2011(01)
[8]共轨柴油机缸压反馈电控技术[J]. 王军,张幽彤,王洪荣,刘永峰,黄军. 农业机械学报. 2008(08)
[9]电控柴油机ECU软件设计及应用[J]. 吴长水,于世涛,杨时威,杨林,卓斌. 车用发动机. 2007(01)
[10]增压柴油机燃烧循环变动分析[J]. 黄贤龙,罗福强,李占成,庄兵. 车用发动机. 2006(01)
博士论文
[1]基于燃烧闭环控制的灵活燃料发动机燃烧控制研究[D]. 王金力.清华大学 2015
[2]基于缸压信息的压燃发动机燃烧模式识别与反馈控制研究[D]. 方成.清华大学 2015
[3]汽油HCCI发动机闭环反馈控制的研究[D]. 周能辉.天津大学 2007
硕士论文
[1]船用双燃料发动机硬件在环仿真平台的开发[D]. 汤自丽.武汉理工大学 2016
[2]船用中速柴油机高压共轨电控单元快速原型开发[D]. 杨焕章.武汉理工大学 2016
[3]基于dSPACE的柴油机缸压反馈喷油闭环控制系统开发[D]. 徐瑞辰.吉林大学 2015
[4]船舶柴油机参数采集分析系统研究[D]. 肖会超.天津理工大学 2015
[5]基于缸压反馈的柴油发动机控制研究[D]. 佀庆涛.吉林大学 2014
[6]电控喷油器用电磁阀测控系统开发[D]. 范玉.武汉理工大学 2014
[7]柴油机基于缸内压力的循环内排放实时预测技术[D]. 张静一.清华大学 2013
[8]压燃式发动机循环均匀性研究[D]. 闫明.华中科技大学 2013
[9]面向循环内燃烧反馈控制的双核集成式发动机控制器开发[D]. 高国景.清华大学 2012
[10]面向柴油机燃烧闭环控制的新一代控制平台研究及应用[D]. 黄颖.清华大学 2010
本文编号：3100955
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
V型开发模式结构图
评估了缸内燃烧循环变动对指示平均有效压力的影响，旨在通过减小循环间的燃烧循环变动来减少油耗。最后，在整车层面上，采用不同的测试循环，将基于曲轴转角计算的缸内工作过程和实时发动机模型结合在一起评估发动机的节油潜力。结果表明当点燃式发动机燃烧循环变动减小时，发动机具有减少油耗的潜力[44]。国内外许多船舶企业和单位也有从事缸压控制相关的研究，如W rtsil 公司正在为二冲程发动机开发ICC系统，即智能燃烧控制系统，如图 1-2所示。该系统利用ABB压力传感器采集到各缸的缸压信号，进行计算和修正后，将缸压信号与曲轴转角信号一一对应，并利用多项式求解出压缩压力和爆发压力。将求解得到的实际压缩压力和爆发压力与经过进气温度、扫气温度和大气压力修正后的标定值对比，以此调整喷油正时和排气阀的关闭时刻，确保发动机的压缩压力和爆发压力维持在标定值附近，从而优化发动机整个运行工况。并且当ICC系统运行的时候，内置的安全功能能够限制压力升高比，减小发动机部件的过度磨损，降低过负荷带来的风险并避免错误的人工操作[45]。
图 2-1 NI-compactRIO平台实物图ompactRIO系统的基本结构如图 2-2，cRIO硬件平台的主要优势在于1)高级的控制功能：NI cRIO系统具有高度的灵活性，不仅能通过实现经典的PID控制，也能实现其他的现代控制方法，如基于模型经网络控制等。2)高速、优质的信号获取和处理：一个系统中往往包含多种类型的量，需要既能采集温度、压力等缓变信号，又能采集缸压、振动、信号。NI cRIO中集成的FPGA，即现场可编程门阵列，在缸压信号时拥有便捷、稳定和高效等方面的优势，同时平台中集成有大量高可用于测量、控制应用。3)牢固、可靠的嵌入式硬件：NI cRIO采用工业级设计，通过了各和安全性的国际认证、评级，硬件整体坚固、小巧、可靠，工作温℃~70℃，在狭小的空间和恶劣的环境下依然保持良好的性能。4)灵活的模块化平台：NI cRIO具有可拓展的特点，可以根据控制搭配硬件系统，包括可配置标准的C系列I/O模块、不同型号的控制
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃油品质对柴油机燃烧循环变动特性及性能的影响[J]. 张晓琴,蔡忠周,王增全,李玉峰,李耀宗,李云广,黄云亮,王晓滕,张冬梅,刘继林. 车用发动机. 2015(03)
[2]缸压反馈燃烧状态指标建模与仿真[J]. 李晔,费栋梁,陆娟,李文文. 现代车用动力. 2014(04)
[3]柴油机燃烧循环均匀性分析[J]. 王广夫,喻崇俊,周建辉. 中国水运(下半月). 2014(08)
[4]基于缸压信号的柴油机NOx排放建模[J]. 张静一,杨福源,欧阳明高,帅石金. 车用发动机. 2013(04)
[5]柴油机基于缸压的闭环反馈控制技术[J]. 杨福源,杨雨平,欧阳明高,陈林,杨学青. 内燃机学报. 2012(02)
[6]基于光电编码器的柴油机缸内压力测试技术[J]. 王明鹤,陈五星,季晨龙. 内燃机与配件. 2012(01)
[7]柴油机预混合燃烧循环变动特性研究[J]. 郑金保,缪雪龙,王先勇,洪建海,陈希颖. 内燃机工程. 2011(01)
[8]共轨柴油机缸压反馈电控技术[J]. 王军,张幽彤,王洪荣,刘永峰,黄军. 农业机械学报. 2008(08)
[9]电控柴油机ECU软件设计及应用[J]. 吴长水,于世涛,杨时威,杨林,卓斌. 车用发动机. 2007(01)
[10]增压柴油机燃烧循环变动分析[J]. 黄贤龙,罗福强,李占成,庄兵. 车用发动机. 2006(01)
博士论文
[1]基于燃烧闭环控制的灵活燃料发动机燃烧控制研究[D]. 王金力.清华大学 2015
[2]基于缸压信息的压燃发动机燃烧模式识别与反馈控制研究[D]. 方成.清华大学 2015
[3]汽油HCCI发动机闭环反馈控制的研究[D]. 周能辉.天津大学 2007
硕士论文
[1]船用双燃料发动机硬件在环仿真平台的开发[D]. 汤自丽.武汉理工大学 2016
[2]船用中速柴油机高压共轨电控单元快速原型开发[D]. 杨焕章.武汉理工大学 2016
[3]基于dSPACE的柴油机缸压反馈喷油闭环控制系统开发[D]. 徐瑞辰.吉林大学 2015
[4]船舶柴油机参数采集分析系统研究[D]. 肖会超.天津理工大学 2015
[5]基于缸压反馈的柴油发动机控制研究[D]. 佀庆涛.吉林大学 2014
[6]电控喷油器用电磁阀测控系统开发[D]. 范玉.武汉理工大学 2014
[7]柴油机基于缸内压力的循环内排放实时预测技术[D]. 张静一.清华大学 2013
[8]压燃式发动机循环均匀性研究[D]. 闫明.华中科技大学 2013
[9]面向循环内燃烧反馈控制的双核集成式发动机控制器开发[D]. 高国景.清华大学 2012
[10]面向柴油机燃烧闭环控制的新一代控制平台研究及应用[D]. 黄颖.清华大学 2010
本文编号：3100955
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