自由活塞发动机用直线发电机设计与样机试验研究

发布时间：2021-04-25 19:44

　　自由活塞发动机具有能量转换效率高和燃料适应性好等特点,近年来成为车载发电装置的研究热点。直线发电机作为自由活塞发动机的机电能量转换装置和运动控制装置,其性能对自由活塞发动机的性能有很大的影响。本文针对单活塞式四冲程自由活塞发动机的应用需求,完成了一类圆筒型动圈式直线发电机及其四象限可逆控制器的设计,并对其进行了仿真分析和样机试验研究。首先,根据单活塞式四冲程自由活塞发动机的结构组成,在Simulink中建立了系统的动力学仿真模型,通过仿真确定了系统对直线发电机及其控制器的性能要求。在此基础上确定了直线发电机的结构形式为圆筒型动圈式永磁直线发电机,基于等效磁路原理建立了直线发电机推力常数和反电势常数的计算公式;通过对永磁直线发电机的电磁场有限元仿真,得到了永磁直线发电机的推力常数、反电势常数和响应时间等性能参数。然后,基于H桥电路设计了四象限可逆的控制电路,在Simulink中建立了四象限可逆的直线发电机控制器仿真模型,与系统动力学仿真模型结合,对四象限可逆控制器的工作过程进行了仿真分析。最后,完成了圆筒型动圈式永磁直线发电机样机的研制,并搭建了单活塞式四冲程自由活塞发动机的样机试验平台... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景与研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 自由活塞发动机用直线发电机研究现状
        1.2.2 直线发电机控制策略研究现状
        1.2.3 自由活塞发动机样机研究现状
    1.3 目前存在的问题
    1.4 本文主要研究内容与结构
2 自由活塞发动机对直线发电机的性能要求
    2.1 单活塞式四冲程自由活塞发动机的系统方案
        2.1.1 自由活塞发动机的总体方案
        2.1.2 四冲程工作循环的规划
    2.2 自由活塞发动机仿真研究
        2.2.1 自由活塞发动机数学模型的建立
        2.2.2 自由活塞发动机性能评价指标
        2.2.3 基于MATLAB/Simulink的系统仿真分析
    2.3 直线发电机及其控制器的设计目标
    2.4 本章小结
3 永磁直线发电机电磁设计与有限元仿真分析
    3.1 圆筒型动圈式永磁直线发电机电磁设计
        3.1.1 永磁体及铁芯材料选择
        3.1.2 直线发电机等效磁路分析
    3.2 基于Maxwell的电磁场仿真分析
        3.2.1 电磁场有限元分析的基础理论
        3.2.2 直线发电机电磁场有限元分析模型的建立
        3.2.3 直线发电机电磁场有限元仿真结果分析
    3.3 永磁直线发电机样机研制
    3.4 本章小结
4 直线发电机四象限可逆控制器设计
    4.1 直线发电机控制电路设计
        4.1.1 基于H桥电路的功率变换电路设计
        4.1.2 控制器控制电路分析
    4.2 直线发电机控制器仿真研究
        4.2.1 控制器仿真模型的搭建
        4.2.2 直线发电机控制策略研究
        4.2.3 直线发电机控制器仿真结果分析
    4.3 本章小结
5 四冲程单自由活塞式发动机样机试验研宄
    5.1 自由活塞发动机样机试验平台的搭建
        5.1.1 试验台架设计
        5.1.2 四象限可逆控制器的软硬件设计
    5.2 样机试验与结果分析
        5.2.1 直线发电机样机试验与PID参数整定
        5.2.2 不点火条件下的样机运行试验
        5.2.3 样机稳定运行工况试验与结果分析
    5.3 仿真结果与试验结果拟合
    5.4 本章小结
6.总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]关于中国新能源汽车发展的研究[J]. 李海涛,张艳艳.  重庆理工大学学报(自然科学). 2017(05)
[2]基于迭代Reference Governor的自由活塞发动机活塞运动控制[J]. 宫洵,胡云峰,杨荣彬,陈虹.  控制理论与应用. 2017(02)
[3]动圈式直线电机的高响应特性研究[J]. 罗良维,张弓,梁济民,王卫军,徐征,顾星,郭云鹏,梁松松.  机床与液压. 2016(17)
[4]液压自由活塞发动机关键技术及未来发展方向[J]. 任好玲,林添良,谢海波,杨华勇.  中国机械工程. 2016(06)
[5]液压自由活塞发动机能量转换效率研究[J]. 荆崇波,刘文翠,吴维,苑士华.  北京理工大学学报. 2015(11)
[6]基于活塞运动规律的自由活塞发动机燃烧放热规律[J]. 许洪瑜,冯慧华,宋豫,左正兴.  内燃机学报. 2015(05)
[7]圆筒型永磁直线发电机的结构优化与特性分析[J]. 包广清,张贝,杨巧玲.  磁性材料及器件. 2015(04)
[8]自由活塞发动机进气及压缩终了缸内气体流动特性分析[J]. 尹凝霞,常思勤.  农业工程学报. 2015(08)
[9]自由活塞发动机的活塞运动规律优化与试验[J]. 林继铭,徐照平,闫皓.  农业工程学报. 2015(06)
[10]基于膨胀比的自由活塞发动机理想热力循环分析[J]. 尹凝霞,常思勤.  农业工程学报. 2013(11)

博士论文
[1]自由活塞发动机建模与优化控制[D]. 宫洵.吉林大学 2016
[2]发动机电磁驱动配气机构的研究[D]. 刘梁.南京理工大学 2012
[3]自由活塞式内燃发电机的研究[D]. 李庆峰.上海交通大学 2011
[4]内燃—直线发电集成动力系统的关键技术研究及其系统实现[D]. 徐照平.南京理工大学 2010

硕士论文
[1]动磁式直线压缩机电机电磁力及能量转换效率的研究[D]. 杨磊.华中科技大学 2015
[2]圆筒型永磁直线发电机的设计与优化[D]. 张贝.兰州理工大学 2015
[3]对置四冲程自由活塞内燃发电机结构设计与数值仿真[D]. 王登强.南京理工大学 2015
[4]内燃机用自由活塞永磁直流直线发电机分析[D]. 周华.天津大学 2012



本文编号：3159981