曲柄活塞式气动发动机的结构设计和控制策略研究

发布时间：2017-09-09 20:28

  本文关键词：曲柄活塞式气动发动机的结构设计和控制策略研究

  更多相关文章： 气动汽车 气动发动机 结构设计 控制策略 台架试验

【摘要】：随着能源危机与环境问题的日益加剧,新能源汽车代替以化石燃料为能源的传统汽车已成为必然趋势。压缩空气动力汽车(以下简称气动汽车)以压缩空气作为动力源且排放的气体无任何污染,在新能源汽车中很快脱颖而出。空气动力发动机(以下简称气动发动机)作为气动汽车的心脏,其结构与控制策略将直接影响气功汽车的工作性能。本文通过理论分析、软件仿真和台架试验,对所设计的气动发动机重要参数进行研究,为后续的研究工作提供的理论依据。论文的主要研究内容如下：第一章综述了在能源危机与环境污染日趋严重的背景下,气动汽车作为“零污染”新能源汽车的优势,介绍了气动汽车及其发动机的研究现状和发展趋势,气动发动机进行结构设计和控制策略研究的意义,提出了本论文的主要研究工作。第二章论述了气动发动机的设计需求,阐述了曲柄活塞式气动发动机的基本原理,分析了发动机的工作过程,进行了气动发动机方案设计和动力学分析,提出了用单缸气动发动机样机进行台架试验的方案,并对关键零部件进行选型、设计与校核。第三章确定了发动机冲程检测方案,阐述了发动机的控制原理、控制指令与控制执行动作,通过4倍频计数算法提高发动机控制精度,根据控制信号的相似性使控制程序得到精简,设计外部信号复位方案消除累积误差,以此完成发动机控制策略的优化。第四章基于Matlab/Simulink建立了发动机仿真模型,对基本仿真结果进行了分析,研究了气源压力和配气持续角对发动机动力性能与经济性能的的影响规律,对不同需求下气源压力和配气持续角的选择提供了理论依据。第五章搭建了气动发动机试验台架,完成了发动机台架试验,采集了所需的实验数据并对软件仿真结果进行了比较,根据试验结果对仿真模型进行了修正。第六章对全文内容进行了总结,对课题的后续研究工作进行了展望。
【关键词】：气动汽车 气动发动机 结构设计 控制策略 台架试验
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.178
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题的研究背景与意义9
• 1.2 新能源汽车9-11
• 1.2.1 几种典型新能源汽车的特点10
• 1.2.2 气动汽车的特点10-11
• 1.3 气动汽车及气动发动机的国内外研究进展11-13
• 1.3.1 国外气动汽车及气动发动机的研究进展11-13
• 1.3.2 国内气动汽车及气动发动机的研究进展13
• 1.4 论文主要研究内容13-15
• 2 气动发动机总体方案设计15-35
• 2.1 气动发动机的设计需求15-16
• 2.1.1 气动发动机的设计来源15-16
• 2.1.2 气动发动机的性能要求16
• 2.2 气动发动机工作原理与工作过程分析16-19
• 2.2.1 气动发动机工作原理16-17
• 2.2.2 气动发动机工作循环分析17
• 2.2.3 活塞式气动发动机做功分析17-19
• 2.3 气动发动机方案设计19-20
• 2.4 单缸发动机样机工作过程数学模型20-23
• 2.4.1 状态方程20
• 2.4.2 动力学方程20-21
• 2.4.3 连续性方程21
• 2.4.4 运动方程21-22
• 2.4.5 其他方程22-23
• 2.5 单缸发动机样机关键零部件选型与设计23-34
• 2.5.1 单缸发动机样机气缸选型23-27
• 2.5.2 单缸发动机样机曲轴设计27-32
• 2.5.3 单缸发动机样机惯性轮设计32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 3 气动发动机控制策略研究35-53
• 3.1 发动机所处冲程确定35-41
• 3.1.1 磁性开关检测活塞位置方案35-37
• 3.1.2 光电编码器检测曲柄角方案37-40
• 3.1.3 方案对比与选择40-41
• 3.2 发动机工作过程控制41-46
• 3.2.1 控制器与控制指令41-44
• 3.2.2 电磁换向阀与控制执行动作44-46
• 3.3 控制策略优化46-52
• 3.3.1 控制精度提高算法46-48
• 3.3.2 控制程序精简措施48-50
• 3.3.3 累积误差消除方案50-52
• 3.4 本章小结52-53
• 4 单缸发动机样机工作过程仿真分析53-65
• 4.1 SIMULINK仿真模型53-57
• 4.1.1 无杆腔子系统模型53-54
• 4.1.2 有杆腔子系统模型54-55
• 4.1.3 完整仿真模型55-57
• 4.2 单缸发动机样机工作性能影响参数研究57-64
• 4.2.1 基本仿真结果分析58-59
• 4.2.2 气源压力对发动机工作性能的影响59-62
• 4.2.3 配气持续角对发动机工作性能的影响62-64
• 4.3 本章小结64-65
• 5 单缸发动机样机台架试验研究65-73
• 5.1 台架试验总体方案设计65
• 5.2 台架试验设备选型与参数65-68
• 5.3 台架试验结果与分析68-70
• 5.3.1 气源压力对发动机工作性能试验研究68-69
• 5.3.2 配气持续角对发动机工作性能试验研究69-70
• 5.3.3 台架试验结果总结与改良70
• 5.4 仿真模型的修改与验证70-72
• 5.5 本章小结72-73
• 6 总结与展望73-75
• 6.1 论文工作总结73
• 6.2 后续工作展望73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 贾光政,王宣银,陈鹰,陶国良,吴根茂;气动汽车能量控制系统研究[J];浙江大学学报(工学版);2003年06期

2 汤高攀;严世榕;高宏力;;气动汽车的研究现状与前景预测[J];机电技术;2014年01期

3 贾光政,王宣银,刘昊,吴根茂;气动汽车高压气体减压过程的能量分析与动力特性研究[J];中国机械工程;2004年14期

4 丁卫华,刘昊,陈鹰,陶国良;气动汽车动力系统能效分析[J];机床与液压;2005年08期

5 周杰;王建华;;气动汽车高压气体减压过程中的能量损失与补偿[J];液压与气动;2007年07期

6 ;空气动力自行车环保更节能[J];能源与环境;2008年01期

7 陈奕泽,刘荣,贾光政,王宣银;高压气动容积减压装置的控制器设计[J];机床与液压;2004年10期

8 荣翠梨;谈乐斌;潘孝斌;;气动汽车制动能量回收仿真研究[J];机械制造;2014年03期

9 何为;吴玉庭;马重芳;马国远;;单螺杆压缩空气单级动力系统性能研究[J];工程热物理学报;2010年06期

10 ;科技信息[J];应用科技;2003年03期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 丁卫华;刘昊;陈鹰;陶国良;;气动汽车动力系统能效分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（上）[C];2005年

2 陈奕泽;刘荣;贾光政;王宣银;;高压气动容积减压装置的控制器设计[A];机床与液压学术研讨会论文集[C];2004年

3 贾光政;王宣银;吴根茂;;高压气动系统分级减压的原理与特性研究[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年

4 张浩;刘昊;陈鹰;陶国良;;压缩空气动力汽车加气站的设计[A];机床与液压学术研讨会论文集[C];2004年

5 张浩;刘昊;陈鹰;陶国良;;压缩空气动力汽车加气站的设计[A];第三届全国流体传动及控制工程学术会议论文集（第二卷）[C];2004年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 本报记者 汪s，

本文编号：822603