天然气发动机实时模型与智能调速控制策略研究

天然气发动机实时模型与智能调速控制策略研究近年来,由于节能减排的提倡以及能源结构的调整,船舶行业开始由传统的柴油机向天然气发动机方向转变。

相比于对柴油机的转速控制,天然气发动机需要同时对空气进气量以及燃气喷射量进行协调控制,导致且其在稳态工况下的控制精度以及瞬态工况下的响应性能更差,因此对于天然气发动机的调速控制是目前研究的重点之一。

同时,由于传统的电控系统开发需要耗费大量的人力、物力等资源,因此基于发动机模型的电控系统开发已成为目前的主要手段。

此类发动机模型必须能够满足电控系统开发的实时性要求且具有一定的精度,因此对于实时模型的搭建方法有了更高的要求。

本文对天然气发动机建模基础理论进行了分析,在充分反应天然气发动机结构特征和满足控制系统功能验证要求的前提下,采用模块化建模方法,同时在Matlab/Simulink软件平台上采用平均值建模方法、充排法以及MAP图方式结合的方式,建立了YC6K天然气发动机实时仿真模型,并进行了仿真分析,结果表明:所建立的天然气发动机模型的单步长计算时间在0.0910-0.0955ms范围内,小于系统步长0.2ms的50%,能够满足电控系统开发的实时性要求。

通过对仿真与试验结果发现:天然气发动机模型的仿真精度能达到90%以上,具有较高的仿真精度。

以节气门开度和燃气喷射量作为关键控制变量,研究了进气量以及燃气喷射量调控特性对天然气发动机调速特性的影响规律,基于研究结果制定了基于模糊-PID的转速和空燃比双闭环与前馈MAP复合的控制策略。

同时利用dSPACE实时仿真平台,对调速控制策略进行了离线以及在线仿真验证,结果表明:与传统的
PID控制策略相比,本研究制定的天然气发动机调速控制策略能够提高稳态控制精度和动态响应速度,具有较好的自适应能力。