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柴油机共轨燃油系统喷油状态观测模型研究
| 论文题名： | 柴油机共轨燃油系统喷油状态观测模型研究 |
| 关键词： | 船舶柴油机;共轨燃油系统;喷油状态;观测模型 |
| 摘要： | 柴油发动机是船舶动力的主要来源，确保其在全生命周期都能够安全、平稳和高效地运行至关重要。因此需要对柴油机实施有效的运行维护和健康管理手段，基于数字孪生的全生命周期运维管理已成为当下柴油机领域的一个重要研究发展方向。通过数字孪生能够准确地监测柴油机不同工况、不同时间尺度和信息维度的系统运行状态，进而利用监测过程数据并借助集成的优化控制、故障诊断和智能预警等运维管理功能，完成柴油机的自动化运维。实现以上愿景的基石是构建可全面、实时、精准反映柴油机状态的数字孪生模型。考虑到共轨燃油系统作为极大影响柴油机性能的关键子系统，其喷油量和喷油正时等状态参数对柴油机的动力性能、经济性以及排放清洁度都有极大影响，却难以通过在实体柴油机上安装传感器等手段直接获取具体数值。因此，本文研究并建立共轨燃油系统喷油状态观测模型，以解决柴油机数字孪生体的实时喷油状态解算问题。 为构建柴油机共轨燃油系统喷油状态观测模型，本文开展了以下研究工作:首先，对共轨燃油系统进行喷油状态观测模型方案设计，分析燃油系统工作机理，明确喷油状态观测模型需求，提出以闭环状态观测器为核心的建模方案;然后，建立燃油闭环状态观测器，依据喷油与共轨压力的关系，建立包含喷油状态的状态空间方程，设计具有较快误差收敛速度的闭环状态观测器，并分析极点选取对其状态观测误差响应特性的影响;接着，基于LQR观测模型优化设计，通过LQR最优控制理论对闭环状态观测器的设计过程进行优化，以及设计离散化闭环状态观测器来进一步优化观测喷油率滞后的问题。 为了验证柴油机共轨燃油系统喷油状态观测模型的实用性，通过AMESim仿真生成燃油系统运行时喷油率及共轨压力数据，综合分析喷油状态观测模型的噪声响应特性、鲁棒性和不同工况下的状态观测能力。结果表明本文建立的柴油机共轨燃油系统喷油状态观测模型响应速度较快，可根据共轨压力数据逐点计算出喷油率和喷油量，对喷油量的观测误差在5％以内，且具有一定的鲁棒性，所设计模型基本可用。 |
| 作者： | 梁勇 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 费红姿;金江善 |
| 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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