30kW生物质气内燃发电机组空燃比控制系统设计

发布时间：2017-06-26 09:10

  本文关键词：30kW生物质气内燃发电机组空燃比控制系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着工业的发展,人类社会对于资源的需求量越来越大,能源短缺已经成为制约社会发展的瓶颈。另一方面,我国的环境污染却愈加严重。使用清洁能源已经成为一种必然趋势。生物质能便是一种清洁能源。生物质气内燃机发电机组是实现生物质能源高效转换和综合利用的关键环节。但是,生物质气热值低、可燃气体的含量波动大,容易造成机组运行不稳定、启动困难、效率低下等很多问题,而解决这些问题的关键在于有效的空燃比控制。本课题来源于国家863课题《新型高效生物质气内燃发电机研发及冷热电联供示范应用》。本文以30l州生物质气内燃发电机机组为对象,设计了空燃比控制系统的结构和控制方法。通过分工况控制、缸温修正、前馈反馈联合控制的方法实现空燃比的快速有效控制。研发出一种空燃比控制器,设计了空燃比控制器的硬件和软件,并通过半实物仿真验证控制器性能。论文的主要工作如下：首先,分析了国内外的空燃比控制系统,根据其存在的缺点设计了空燃比控制系统,设计出空燃比控制系统的结构,并在此基础上并设计出一种分步控制空燃比的方法。通过判定工况、缸温修正和前馈反馈联合控制三步实现空燃比的快速有效控制。其次,根据设计出的空燃比控制系统的结构和控制方法,设计空燃比控制器的硬件结构,开发出最小系统板、底层板、外设及其接口电路。其中,外设和接口电路主要包括转速测量模块、缸温测量模块、尾气氧含量测量模块、甲烷浓度测量模块、燃气进气量控制模块和混合气进气量控制模块。再次,在硬件设计的基础上进行了软件设计,编写出控制器程序。主要包括主程序、氧传感器程序、燃气阀开度程序、信号采集程序、数据显示程序、按键程序和通信程序。最后,通过基于dSPACE的半实物仿真验证空燃比控制器。搭建了内燃机模型,并通过半实物仿真验证了前馈反馈联合控制的控制方法能够快速有效控制空燃比。
【关键词】：生物质气 空燃比 控制系统 ARM dSPACE
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TM314
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 背景意义11
• 1.2 生物质气发电机组空燃比控制系统国内外的研究现状11-15
• 1.2.1 空燃比控制策略研究现状11-12
• 1.2.2 空燃比控制系统研究现状12-13
• 1.2.3 市场上常见的空燃比控制系统13-15
• 1.3 课题的主要研究内容15-16
• 第二章 空燃比控制系统方案设计16-23
• 2.1 沼气及其空燃比16-18
• 2.1.1 沼气16-17
• 2.1.2 沼气的空燃比计算17-18
• 2.2 空燃比控制系统结构设计18-19
• 2.3 空燃比控制方法设计19-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 空燃比控制系统硬件设计23-34
• 3.1 空燃比控制系统硬件方案23
• 3.2 最小系统板的设计23-25
• 3.2.1 控制芯片23-24
• 3.2.2 下载器接口24
• 3.2.3 外围晶振电路24
• 3.2.4 模拟电源电路24-25
• 3.3 底层板设计25-27
• 3.4 转速测量模块27
• 3.5 汽缸温度测量模块27-28
• 3.6 尾气氧含量测量模块28-31
• 3.6.1 宽域氧传感器28-29
• 3.6.2 宽域氧传感器接口电路29-31
• 3.7 沼气浓度测量模块31-32
• 3.8 燃气进气量控制模块32-33
• 3.9 混合气进气量控制模块33
• 3.10 本章小结33-34
• 第四章 空燃比控制系统软件设计34-41
• 4.1 软件总体设计34-36
• 4.2 主程序设计36-37
• 4.3 氧传感器程序设计37
• 4.4 燃气阀门开度程序设计37-38
• 4.5 信号采集程序设计38-39
• 4.6 数据显示程序设计39
• 4.7 按键程序设计39
• 4.8 通信程序设计39-40
• 4.9 本章小结40-41
• 第五章 基于dSPACE的空燃比控制系统半实物仿真41-49
• 5.1 dSPACE简介41-42
• 5.2 空燃比控制系统模型42-44
• 5.3 空燃比控制系统半实物仿真44-47
• 5.3.1 反馈控制44-46
• 5.3.2 甲烷浓度传感器前馈控制46-47
• 5.4 本章小结47-49
• 第六章 总结与展望49-50
• 6.1 总结49
• 6.2 展望49-50
• 致谢50-51
• 附图51-52
• 附表52-63
• 攻读博士学位期间的学术成果63-64
• 参考文献64-67
• 学位论文评阅及答辩情况表67

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