【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力控制技術(shù)，尤其涉及一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)燃燒尾氣再循環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法。
技術(shù)介紹
1、隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高和能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，甲醇作為一種清潔替代燃料正受到越來(lái)越多的關(guān)注。甲醇純氧燃燒內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)因其高效率和低排放特性，成為了研究熱點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)的甲醇純氧燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨著一些挑戰(zhàn)，主要包括：
2、燃燒效率不穩(wěn)定以及燃料經(jīng)濟(jì)性有待提高和控制方式復(fù)雜：由于甲醇的物理化學(xué)特性與傳統(tǒng)燃料不同，在不同工況下難以保持最佳燃燒效率。在保證性能的同時(shí)，如何最大限度地提高燃料利用率仍是一個(gè)重要問(wèn)題。傳統(tǒng)的單一參數(shù)控制方法難以應(yīng)對(duì)甲醇純氧燃燒過(guò)程中的多變量、強(qiáng)耦合特性，所以控制方法比較落后，尤其是針對(duì)燃燒尾氣再循環(huán)的控制方式更為落后。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)燃燒尾氣再循環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中指出的上述技術(shù)問(wèn)題。
2、本專利技術(shù)提供了一種甲醇純氧燃燒尾氣再循環(huán)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括：
3、多個(gè)傳感器，用于采集發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，包括燃燒室溫度、燃燒室壓力、甲醇流量、氧氣流量和尾氣成分；基于所述發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算當(dāng)前實(shí)際燃燒效率，然后檢測(cè)獲取實(shí)際氮氧化物排放量濃度；
4、中央控制單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的目標(biāo)燃燒室溫度ttarget和目標(biāo)氮氧化物排放量濃度uo,target以及設(shè)定的目標(biāo)甲醇流量um,target，計(jì)算控制變量的誤差；在限制甲醇流量的預(yù)設(shè)條件下，利用
5、所述甲醇純氧燃燒尾氣再循環(huán)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)還包括：高精度熱電偶、采用壓阻式壓力傳感器、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和紅外光譜分析儀；
6、所述高精度熱電偶，用于測(cè)量多點(diǎn)燃燒室溫度，獲取得到當(dāng)前燃燒室的多點(diǎn)燃燒室溫度并計(jì)算平均溫度作為燃燒室溫度；
7、所述壓阻式壓力傳感器，用于測(cè)量燃燒室壓力，獲取得到燃燒室壓力；
8、所述科里奧利質(zhì)量流量計(jì)，用于分別測(cè)量甲醇流量和氧氣流量；
9、所述紅外光譜分析儀，用于實(shí)時(shí)分析尾氣成分。
10、相應(yīng)，本專利技術(shù)還提供了一種甲醇純氧燃燒尾氣再循環(huán)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒優(yōu)化控制方法，其利用甲醇純氧燃燒尾氣再循環(huán)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)實(shí)施控制處理，包括以下步驟：
11、s1、采集發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，包括燃燒室溫度、燃燒室壓力、甲醇流量、氧氣流量和尾氣成分；
12、s2、基于所述發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算當(dāng)前實(shí)際燃燒效率，然后檢測(cè)獲取實(shí)際氮氧化物排放量濃度；
13、s3、根據(jù)預(yù)設(shè)的目標(biāo)燃燒室溫度ttarget和目標(biāo)氮氧化物排放量濃度uo,target以及設(shè)定的目標(biāo)甲醇流量um,target，計(jì)算控制變量的誤差；
14、s4、在限制甲醇流量的預(yù)設(shè)條件下，利用多變量自適應(yīng)控制算法，計(jì)算甲醇流量、氧氣流量和燃燒室溫度的調(diào)整量；在沒(méi)有限制甲醇流量的預(yù)設(shè)條件下，利用求解下一個(gè)控制時(shí)序節(jié)點(diǎn)的尾氣再循環(huán)率egr的最優(yōu)控制參數(shù)，計(jì)算閥門開(kāi)度的調(diào)整量；執(zhí)行所述調(diào)整量，調(diào)節(jié)相應(yīng)的控制設(shè)備執(zhí)行器；所述控制設(shè)備執(zhí)行器包括開(kāi)關(guān)閥和泵以及流量閥以及燃燒溫度控制器。
15、優(yōu)選的，作為一種可實(shí)施方案；所述步驟s1中采集的運(yùn)行參數(shù)還包括：
16、s11、利用高精度熱電偶測(cè)量多點(diǎn)燃燒室溫度，獲取得到當(dāng)前燃燒室的多點(diǎn)燃燒室溫度并計(jì)算平均溫度作為燃燒室溫度；
17、s12、采用壓阻式壓力傳感器測(cè)量燃燒室壓力，獲取得到燃燒室壓力；
18、s13、使用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)分別測(cè)量甲醇流量和氧氣流量；
19、s14、通過(guò)紅外光譜分析儀實(shí)時(shí)分析尾氣成分，得到尾氣成分分析結(jié)果。
20、優(yōu)選的，作為一種可實(shí)施方案；所述步驟s2中計(jì)算燃燒效率的方法包括：
21、s21、基于燃燒室溫度和燃燒室壓力，計(jì)算理論熱效率；
22、s22、利用甲醇流量和氧氣流量的實(shí)施檢測(cè)比例，計(jì)算當(dāng)前實(shí)際空燃比；然后基于當(dāng)前實(shí)際空燃比、預(yù)設(shè)的理想空燃比和調(diào)節(jié)參數(shù)計(jì)算修正后的當(dāng)前空燃比；
23、修正后的當(dāng)前空燃比
24、其中：afr實(shí)際：步驟s22中計(jì)算的實(shí)際空燃比；
25、afr理想：理想空燃比；
26、σ：表示一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)；
27、s23、根據(jù)所述尾氣成分分析結(jié)果，計(jì)算未完全燃燒的燃料比例；
28、s24、綜合所述理論熱效率、修正后的當(dāng)前空燃比以及未完全燃燒的燃料比例來(lái)進(jìn)行實(shí)際燃燒效率的輸出計(jì)算，得出實(shí)際燃燒效率。
29、實(shí)際燃燒效率的計(jì)算公式為:η實(shí)際(＝η理論(·k空燃比(·1-r末完全燃燒；
30、η實(shí)際：最終計(jì)算得出的實(shí)際燃燒效率；
31、η理論：理論熱效率；
32、k空燃比：修正后的當(dāng)前空燃比k空燃比；
33、r末完全燃燒：表示未完全燃燒的燃料比例。
34、優(yōu)選的，作為一種可實(shí)施方案；所述步驟s3根據(jù)預(yù)設(shè)的目標(biāo)燃燒室溫度ttarget和目標(biāo)氮氧化物排放量濃度uo,target以及設(shè)定的目標(biāo)甲醇流量um,target，計(jì)算控制變量的誤差；所述步驟s4利用多變量自適應(yīng)控制算法，計(jì)算甲醇流量、氧氣流量和燃燒室溫度的調(diào)整量，包括以下步驟：
35、s41、對(duì)于每個(gè)控制變量實(shí)施pid控制算法構(gòu)建多變量數(shù)學(xué)模型，所述控制變量包括甲醇流量um，氧氣流量uo，燃燒室溫度ut；
36、所述多變量數(shù)學(xué)模型的計(jì)算公式為：
37、
38、其中，i∈m,o,t，分別代表甲醇流量、氧氣流量和燃燒室溫度；
39、s42、對(duì)所述多變量數(shù)學(xué)模型，實(shí)施自適應(yīng)控制計(jì)算：
40、
41、
42、
43、其中，kp，i(t+1)是第i個(gè)控制變量(如甲醇流量、氧氣流量或燃燒室溫度)的比例增益在時(shí)間t+1時(shí)刻的值。它用于控制系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前誤差的響應(yīng)。
44、ki，i(t+1)是第i個(gè)控制變量的積分增益(lntegral?gain)在時(shí)間t+1t+1t+1時(shí)刻的值。積分增益用于消除穩(wěn)態(tài)誤差，即通過(guò)累積過(guò)去的誤差來(lái)調(diào)整輸出。
45、kd，i(t+1)是第i個(gè)控制變量的微分增益(derivative?gain)在時(shí)間t+1時(shí)刻的值。微分增益用于預(yù)測(cè)未來(lái)的誤差變化，幫助減小系統(tǒng)的超調(diào)現(xiàn)象；
46、αp，αi，αd是各自的學(xué)習(xí)率，e是燃油節(jié)能綜合性能預(yù)設(shè)閾值指標(biāo)；
47、則分別是性能指標(biāo)e對(duì)比例增益、積分增益和微分增益的偏導(dǎo)數(shù)；
48、s43、獲取當(dāng)前需求輸本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種甲醇純氧燃燒尾氣再循環(huán)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醇純氧燃燒尾氣再循環(huán)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括：高精度熱電偶、采用壓阻式壓力傳感器、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和紅外光譜分析儀；
3.一種甲醇純氧燃燒尾氣再循環(huán)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒優(yōu)化控制方法，其特征在于，其利用實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述方法的甲醇純氧燃燒尾氣再循環(huán)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)實(shí)施控制處理，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S1中采集的運(yùn)行參數(shù)還包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中計(jì)算燃燒效率的方法包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟S3根據(jù)預(yù)設(shè)的目標(biāo)燃燒室溫度Ttarget和目標(biāo)氮氧化物排放量濃度uo,target以及設(shè)定的目標(biāo)甲醇流量um,target，計(jì)算控制變量的誤差；所述步驟S4利用多變量自適應(yīng)控制算法，計(jì)算甲醇流量、氧氣流量和燃燒室溫度的調(diào)整量，包括以下步驟：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述設(shè)置綜合性能指標(biāo)函數(shù)F；利用上述綜合性能指標(biāo)函數(shù)F最大化，求解下一個(gè)控制時(shí)序節(jié)點(diǎn)的尾氣再循環(huán)率EGR的最優(yōu)控制參數(shù)，具體包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種甲醇純氧燃燒尾氣再循環(huán)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醇純氧燃燒尾氣再循環(huán)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括：高精度熱電偶、采用壓阻式壓力傳感器、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和紅外光譜分析儀；
3.一種甲醇純氧燃燒尾氣再循環(huán)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒優(yōu)化控制方法，其特征在于，其利用實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述方法的甲醇純氧燃燒尾氣再循環(huán)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)實(shí)施控制處理，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟s1中采集的運(yùn)行參數(shù)還包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王立臣，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京凱明洋能源工程公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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