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基于模型预测的柴油机燃烧控制研究
| 论文题名： | 基于模型预测的柴油机燃烧控制研究 |
| 关键词： | 高速船用柴油机;模型控制;实时控制系统;50%燃烧分数点 |
| 摘要： | 随着排放标准提升和节约能源的需求日益增加，使用传统控制方法对喷油进行模糊控制难以满足发展需要，这对内燃机燃烧控制的实时性提出了越来越高的要求。所以研究如何精确、实时的控制柴油机燃烧过程成为迫切需求。可以通过控制柴油机喷油过程实现对燃烧的控制，这就要求提出更加精确的喷油系统控制策略。所以建立基于模型预测的柴油机喷油控制系统可以实现实时精确控制燃烧的目的。本文主要目的是开发基于模型预测的柴油机燃烧控制系统并进行试验验证。采用韦伯方程建立燃烧过程控制模型，基于MFB50进行燃烧控制策略的开发，根据燃烧过程控制策略进行实时控制系统硬件设计和软件开发，使用CAN总线实现控制系统通讯，基于CCP通讯协议实现控制系统和ECU端的数据交互，通过对喷油策略的实时修正实现对燃烧过程的控制。最后在柴油机试验台架上加装控制系统进行测试验证。主要研究内容为: (1)建立精确的面向控制的柴油机机模型和基于模型的控制策略。根据TBD620高压共轨单缸柴油机试验数据，计算得出韦伯方程参数。根据MFB50控制模型理论确定基于模型预测的柴油机控制策略。由柴油机结构和控制模型理论建立一维仿真模型并耦合simulink软件控制模型来进行仿真分析。结果表明，仿真控制模块能实时对喷油进行控制。 (2)进行硬件设计。硬件设计方面依据控制策略进行设计，由基于模型的实时运算和基于CAN总线通讯的需求设计最小电路控制系统和CAN总线通讯模块。其余硬件设计部分完成了OLED屏幕模块设计、USART通讯串口模块设计、触摸按键模块和其他相关硬件电路设计后进行PCB板绘制完成控制系统硬件部分设计。 (3)进行控制系统软件设计和程序测试。确定软件功能模块情况下，采用模块化设计得出多个软件功能模块，如初始化模块、CAN通讯模块、CCP通讯模块、系统逻辑连接的建立与断开模块、模型控制程序、数据采集和标定程序模块等后对程序进行静态实验测试控制功能。 (4)在TBD620高压共轨单缸柴油机试验台上进行试验。验证基于模型预测的实时控制策略并对控制系统进行初步测试。使用实时控制系统控制柴油机喷油提前角进而影响柴油机燃烧。通过原机运行和加装控制系统后对比TBD620单缸柴油机运行状况来进行试验。结果表明，控制系统运转正常，试验与计算CA50误差小于0.3。转速波动在20r/min之内，控制稳定。在基于模型预测的控制策略可以使柴油机运行更加稳定。 通过本系统的硬件设计和控制系统软件开发实现控制系统的开发和试验验证，为船用高速柴油机的实时控制系统工程化奠定基础。 |
| 作者： | 李鹏宇 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 王贺春;李先南 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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