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船用LNG/柴油双燃料发动机掺烧策略模糊控制方法研究与仿真
| 论文题名： | 船用LNG/柴油双燃料发动机掺烧策略模糊控制方法研究与仿真 |
| 关键词： | 船舶航运;双燃料发动机;掺烧策略;模糊控制;自适应调节 |
| 摘要： | 在船舶航运业，为了能够有效地控制排气污染、调整能源结构，自2010年起，我国内河船舶就开始稳步推广“油改气”技术的试点与应用，采用天然气作为替代燃料应用在船舶发动机上是主要的技术途径。第一代LNG/柴油双燃料发动机的技术特点是，将原柴油机改装为进气总管进气方式的双燃料发动机，在不对原柴油机结构进行较大改动的情况下，简单加装LNG燃料供给与电子控制系统。其中，LNG燃料的供给与控制对发动机的各项性能指标有直接影响，传统的掺烧策略是通过台架试验确定的，并制成MAP，构成掺烧策略的开环控制，这种掺烧策略控制方法的制定依赖于台架试验，控制不精确，只针对同型号且技术状况相同的发动机，通用性不强，而且成本高，开发周期长。 本文针对船用Z6170型柴油机改造后得到的LNG/柴油双燃料发动机，通过综合分析发动机现代控制理论的特点，确定基于前馈的模糊自适应调节PID控制作为掺烧策略的控制方法。首先基于该方法，将空燃比设定为控制目标，设计出模糊自整定PID控制器，模糊控制器以实际空燃比与目标空燃比的偏差及偏差变化率作为输入量，经过变量模糊化、模糊合成推理及解模糊运算等过程，实现PID控制参数的自整定功能。然后，利用Matlab中的Simulink模块对发动机本体进行建模，分别搭建了进气子模型与燃料子模型，并利用Simulink中的模糊控制模块建立了模糊PID控制器模型，应用于发动机本体模型中，得到空燃比模糊自整定PID控制仿真模型。最后，对空燃比模糊自整定PID控制方法进行仿真，并与常规PID控制方法的仿真结果进行对比分析。 仿真结果表明：不论是在稳态工况，还是在负载突加或突减的瞬态工况，模糊自整定PID控制器与常规PID控制器相比，控制系统输出波形的波动次数及振动幅度均有不同程度的减少，系统响应时间可减少约2~7 s，因此，具有更强的自适应能力，稳定性更好，灵敏度更高。模糊自整定PID控制方法可以很好地适应发动机空燃比非线性变化的特点，控制器根据工况信息自适应调节得到的PID控制参数，调节天然气喷射量，使发动机的空燃比快速准确地达到目标空燃比，从而实现船用LNG/柴油双燃料发动机对于掺烧策略的自适应控制。 |
| 作者： | 涂登磊 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 张新塘 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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