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船用低速双燃料发动机控制策略研究
| 论文题名： | 船用低速双燃料发动机控制策略研究 |
| 关键词： | 船用低速发动机;双燃料运行;调速策略;预测控制 |
| 摘要： | 随着船舶国际排放法规的日益严格和石油资源的不断紧缺，采用天然气作为新型替代燃料是当下船用发动机的研究热点。船用低速二冲程发动机凭借其热效率高、良好的可靠性以及输出功率大等优点在船舶推进主机中占有绝对的市场。针对船用低速发动机进行双燃料发动机的改建方案有两类，分别是瓦锡兰的缸内低压喷射技术和曼恩公司的缸内高压喷射技术。其中采用天然气缸内高压喷射技术具有变负荷响应快、输出功率与同型号柴油机相近等优点。船用低速二冲程发动机结构庞大、设备昂贵，实验研究面临成本高、不方便开展等诸多限制，采用当前流行的计算机数值仿真是一种有效的研究手段。 本文以建模软件GT-POWER为工具，建立了包括进排气系统、中冷系统、气缸曲轴箱系统、燃料喷射系统以及涡轮增压系统组成的船用低速机整机模型，通过与厂家提供的实验数据进行对比，验证了仿真模型的合理性。在此基础上，结合天然气缸内高压直喷技术对低速机模型进行改进，建立了低速双燃料发动机模型。本文以低速双燃料发动机模型作为被控对象，在SIMULINK中搭建满足转速控制需要的发动机控制系统平台。通过该平台对发动机纯柴油和双燃料模式下常见的斜坡加速和减速控制进行了仿真研究。仿真结果表明经过参数整定的PID控制方法在发动机纯柴油模式下具有良好的转速控制效果。但是该方法在发动机双燃料模式下的转速控制中滞后性和超调量都比较明显，转速控制效果需要进一步改善。 本文决定用预测控制作为替代以解决上述双燃料模式下PID控制方法存在的不足。具体内容为对已建立的双燃料发动机模型进行子空间辨识得到其状态空间表达式，将基于状态空间模型的预测控制算法与发动机转速控制相结合对低速机双燃料运行模式下转速控制进行仿真试验。仿真结果表明在双燃料运行模式下采用预测控制方法比PID控制的转速超调量更小、响应更快，控制效果更好。预测控制可以应用在低速双燃料发动机的双燃料运行模式中，具有合理性和可行性。 |
| 作者： | 药超 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 李文辉;吴朝晖 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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