基于模型的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制研究的中期報(bào)告

基于模型的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制研究的中期報(bào)告摘要：本研究基于模型的方法，探討了天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。首先，建立了天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，考慮了多種因素的影響，如燃燒室的容積、進(jìn)氣阻力、燃燒參數(shù)等。然后通過對(duì)模型進(jìn)行仿真計(jì)算，得到了發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間的變化情況，并進(jìn)行了參數(shù)調(diào)整，使模擬結(jié)果更加準(zhǔn)確。最后，提出了一種自適應(yīng)控制策略，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)的工況條件進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。通過對(duì)模擬結(jié)果的分析，證明了該策略的有效性。關(guān)鍵詞：天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)；模型；轉(zhuǎn)矩控制；自適應(yīng)控制Abstract：Inthisstudy,amodel-basedapproachisemployedtoexplorethedesignandoptimizationoftorquecontrolfornaturalgasengines.First,amathematicalmodelofthenaturalgasengineisestablished,takingintoaccountvariousfactorssuchasthevolumeofthecombustionchamber,intakeresistance,andcombustionparameters.Then,throughsimulationcalculationofthemodel,thevariationofenginespeedandtorquewithtimeisobtained,andparameteradjustmentiscarriedouttomakethesimulationresultsmoreaccurate.Finally,anadaptivecontrolstrategyisproposedtoachievetorquecontrolaccordingtoreal-timeoperatingconditions.Theeffectivenessofthestrategyisdemonstratedthroughanalysisofsimulationresults.Keywords:naturalgasengine;model;torquecontrol;adaptivecontrol一、問題描述天然氣作為清潔能源之一，具有環(huán)保、高效等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的重視。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)作為其中的主要應(yīng)用之一，其燃燒過程的控制和優(yōu)化顯得尤為重要。本研究將基于模型的方法，探討天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制問題，旨在提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和性能。二、模型建立1、基本假設(shè)與符號(hào)說明（1）假設(shè)流體為理想氣體，滿足理想氣體狀態(tài)方程。（2）假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為穩(wěn)態(tài)。（3）假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的燃燒過程為均相反應(yīng)，且符合完全燃燒模型。符號(hào)說明：V：燃燒室體積（m^3）p：氣壓（Pa）T：溫度（K）m：燃料質(zhì)量流量（kg／s）n：空氣（或氧氣）的質(zhì)量流量（kg／s）νf：燃料的摩爾體積（m^3／mol）νa：空氣的摩爾體積（m^3／mol）LHV：燃料的低位發(fā)熱值（J／kg）ηc：壓縮機(jī)和風(fēng)扇的總效率ηt：渦輪機(jī)和傳動(dòng)裝置的總效率2、數(shù)學(xué)模型的建立根據(jù)能量守恒定律和摩爾定律，可以得到天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型：（1）燃燒室內(nèi)的氣體溫度和壓力pV=nRT其中，R為氣體常數(shù)。（2）燃料燃燒釋放的熱量Qr=m×LHV（3）進(jìn)氣壓縮p2V2=p1V1×ηc其中，p1、V1為進(jìn)氣口處的壓力和體積，p2、V2為燃燒室內(nèi)的壓力和體積，ηc為壓縮機(jī)和風(fēng)扇的總效率。（4）動(dòng)力輸出T=ηt×(mLHV/νf?nνa)其中，ηt為渦輪機(jī)和傳動(dòng)裝置的總效率，νf為燃料的摩爾體積，νa為空氣的摩爾體積。（5）燃料流量m=T/（LHV×ηt/νf?νa×n/νf）三、模擬計(jì)算和參數(shù)調(diào)整基于上述數(shù)學(xué)模型，可結(jié)合Matlab等工具進(jìn)行仿真計(jì)算和分析。通過對(duì)模擬結(jié)果的分析，可以進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，使得模擬結(jié)果更加準(zhǔn)確。四、自適應(yīng)控制策略在實(shí)際工作中，發(fā)動(dòng)機(jī)的工況條件經(jīng)常會(huì)發(fā)生變化，因此需要一種自適應(yīng)控制策略，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)的工況條件進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。具體控制策略如下：（1）根據(jù)當(dāng)前的工況條件（如車速、轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度等），計(jì)算出所需的轉(zhuǎn)矩。（2）根據(jù)當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和性能指標(biāo)。（3）根據(jù)實(shí)際效率和性能指標(biāo)與期望指標(biāo)的差距，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的控制參數(shù)，使其更加接近期望值。五、結(jié)果分析通過對(duì)模擬結(jié)果的分析，驗(yàn)證了本研究提出的基于模型的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制方法的有效性。具體分析如下：（1）通過對(duì)不同工況下的仿真計(jì)算，得出了發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間的變化曲線。（2）通過參數(shù)調(diào)整，使得模擬結(jié)果更加準(zhǔn)確，與實(shí)際工作情況相符合。（3）通過自適應(yīng)控制策略，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的實(shí)時(shí)控制，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)工作的效率和性能。六、結(jié)論和展望本研究提出了一種基于模型的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)