发电用气体发动机电控系统研究与开发

论文摘要

随着汽车保有量的增加,使得石油资源的消耗量越来越大,寻找替代气体燃料已成为现代发动机发展的趋势之一。气体燃料制取简单,且来源广泛,在用户发电方面具有良好的应用前景。发电用气体发动机电控系统开发可以改善发动机的动力性、经济性和排放性,其中点火系统和调速系统是发电用气体发动机电控系统的主要组成部分,由于气体燃料的特殊性,其点火系统和调速系统与普通发动机相比有特殊的要求,因此其开发研究具有重要的理论意义和工程实用价值。本文针对潍柴WD615CNG发动机,开发了电容放电式点火系统硬件电路与电子节气门调速系统,并进行了试验研究。电容放电式点火系统具有良好的点火性能,本文建立了电容放电式点火系统的仿真模型,通过仿真分析了点火系统的结构参数及控制参数对点火性能(点火电压、点火电流、点火次数)的影响。在此基础上,设计了电容点火硬件电路,根据本文控制对象的特点,本文采取了推挽式升压方案,采用仿真和计算相结合的方法,进行了升压电路以及驱动主体电路的参数研究,完成了控制芯片、电源模块以及点火驱动这三部分电路的设计,其中高压源的升压电路中对两种方案进行了仿真详细地对比与研究,选择了推挽式作为本文的升压电源。电子调速控制软件方面,本文深入研究了各种调速策略,并进行分析对比,选择了自适应式PID控制策略作为本文的调速控制策略,完成了控制程序设计,实现了变转速和变扭矩下的调速控制。本文最后进行了电容放电式点火系统硬件电路和电子调速软件的初步试验,结果表明本文所涉及的硬件电路和软件程序基本上都能满足控制要求,对发电用气体发动机性能有了明显的改善。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 发电用气体发动机电控系统的结构
• 1.1.1 课题的背景
• 1.1.2 发电用气体发动机电控系统的结构
• 1.2 电容放电式点火系统（CDI）的国内外研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 电子调速系统的国内外研究现状
• 1.3.1 内燃机电子调速技术发展概况
• 1.3.2 现有电子调速系统控制原理及存在的问题
• 1.4 选题的意义
• 1.5 论文主要研究内容
• 第2章 电容放电式点火系统建模及其仿真研究
• 2.1 电容放电式点火系统的结构与数学模型
• 2.1.1 点火系统的分类及工作原理
• 2.1.2 电容放电式点火系统的数学模型
• 2.2 电容放电式点火系统的模型建立
• 2.2.1 电容放电式点火系统的模型
• 2.2.2 仿真模型参数及点火性能初步验证
• 2.3 电容放电式点火系统变参数仿真研究
• 2.3.1 点火线圈参数影响分析
• 2.3.2 充电电容参数对点火性能的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 电容放电式点火系统直流升压电源的方案选型及其仿真研究
• 3.1 直流升压电源的方案选型
• 3.1.1 升压电源的性能要求
• 3.1.2 常用DC/DC变换器拓扑结构
• 3.1.3 升压电源的基本选型
• 3.1.4 PWM控制基本原理
• 3.2 两种升压电路的理论计算及仿真研究
• 3.2.1 单端反激电路原理及理论计算
• 3.2.2 单端反激电路模拟仿真
• 3.2.3 推挽式电路原理及理论计算
• 3.2.4 推挽式电路模拟仿真
• 3.3 直流升压电源的对比选择
• 3.4 本章小结
• 第4章 电容放电式点火系统的设计及试验验证
• 4.1 电容放电式点火系统整体电路设计
• 4.2 升压电源电路设计
• 4.2.1 点火系统升压电路
• 4.2.2 控制芯片的选型与工作参数计算
• 4.2.3 MOSFET管
• 4.3 电容放电式点火系统放点点火驱动电路设计
• 4.3.1 点火系统放电点火驱动电路的要求与方案
• 4.3.2 点火系统放电点火驱动电路仿真分析
• 4.3.3 点火系统放电驱动电路设计
• 4.4 控制芯片电源模块及反向器设计
• 4.5 电容放电式点火系统试验测试
• 4.6 本章小结
• 第5章 电子调速系统调速策略的研究及试验验证
• 5.1 电子调速系统的结构
• 5.1.1 电子调速系统工作原理
• 5.1.2 电子调速系统调速策略的分类及研究
• 5.1.3 几种调速策略的分析对比及选择
• 5.2 电子调速系统调速程序设计
• 5.2.1 自适应PID控制策略设计
• 5.2.2 控制程序设计
• 5.3 调速系统试验验证
• 5.3.1 发动机试验台架简介
• 5.3.2 调速系统试验测试
• 5.4 本章小结
• 第6章 全文总结与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集