组合发动机的控制方法技术

本发明专利技术提供了一种组合发动机的控制方法，用于控制燃气轮机和柴油机联合工作。在根据本发明专利技术的组合发动机的控制方法中，根据实验数据分别建立第一分片线性代理模型PWLg、第二分片线性代理模型PWLd以及第三分片线性代理模型PWLc，并对组合发动机系统进行能耗优化，然后基于优化器给出柴油机的设定引气量Fgds、柴油机的设定转速nds以及燃气轮机的设定转速ngs分别控制柴油机和燃气轮机的转速，进而实现组合发动机系统的静态解耦控制以及节能运行，简化组合发动机的控制系统结构，并保障控制系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发动机控制领域，尤其涉及一种。
技术介绍
动力系统是特种车辆的核心，高热效率和高功率密度是特种车用发动机的重要追 求。特种车辆在不同工作状态下对功率有差别很大的要求。燃气轮机和柴油机是目前特种 车辆的两种发动机。二者比较，燃气轮机具有以下优点:第一，压气机和涡轮转速高，具有功 率大、体积小和重量轻的优点；第二，具有良好的扭矩特性、高的扭矩储备能力和优异的起 动性能;第三，运转平稳、工作可靠;第四，没有滑动摩擦，仅为滚动摩擦，且燃烧产物不与润 滑油接触，因而机油消耗量少;第五，工质在燃烧室内连续燃烧，且过量空气系数较大，因而 燃烧更完全，排出气体温度较低;第六，由于摩擦较少，且排出气体温度较低，因而冷却系统 相对简单;第七，与柴油机相比，燃气轮机的零件，易损件少，故障率低，具有更好的可靠性 和耐久性。但是，燃油消耗量大是燃气轮机的最大缺点。 燃气轮机和柴油机联合工作可以在特定条件实现互补。当前，二者单独控制已经 有成熟的策略和方法。但是，燃气轮机和柴油机联合工作是一个新的技术方案，由于它本身 是一个强耦合系统，没有现成的控制方案。同时，由于二者效率的差别，对其进行功率分配 对于降低能耗具有重要的意义。 由于燃烧过程和通过气体传送动力都是非常复杂的过程，燃气轮机和柴油机的转 速、负载、喷油量、引气量以及压气机的压比等变量之间的关系非常复杂，难以机理建模，即 便可以机理建模，其复杂程度也不太可能在线优化求解。 作为一个强耦合系统，如果针对燃气轮机柴油机联合工作直接设计控制器，其结 构必然非常复杂，而且稳定性难以保障。。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种组合发动机的控制方 法，其能利用实验数据建立分片线性代理模型，在能耗优化的基础上实现组合发动机系统 的静态解耦控制以及节能运行，并简化组合发动机控制系统的结构，并保障控制系统的稳 定性。 为了实现上述目的，本专利技术提供了一种，用于控制燃气轮 机和柴油机联合工作，其包括下述的步骤。 根据燃气轮机参数说明书，给出燃气轮机的喷油量F%、燃气轮机的引气量Fgg和燃 气轮机的负载Lg的上下边界，在可行域中均匀采样，记录稳态条件下相应的燃气轮机的转 速n g〇 利用上述实验数据建立燃气轮机的转速ng、燃气轮机的喷油量F〇g、燃气轮机的引 气量F gg以及燃气轮机的负载1^之间的第一分片线性代理模型PWLg，得到第一公Sng = PWLg (F〇g，Fgg，Lg) 〇 根据柴油机参数说明书，给出柴油机的转速nd、柴油机的喷油量Fck!、柴油机的引气 量Fgd和柴油机的负载Ld的上下边界，在可行域中均匀采样，记录稳态条件下相应的柴油机 的转速nd。 利用上述实验数据建立柴油机的转速nd、柴油机的喷油量Fod、柴油机的引气量Fgd 以及柴油机的负载Ld之间的第二分片线性代理模型PWLd，得到第二公式ndiPWLKFc^Fgd， Ld) 〇 对燃气轮机的转速ng、柴油机的转速!^和阀门开度α进行均匀采样，分别记录燃气 轮机的引气量Fgg、柴油机的引气量Fgd。 利用实验数据建立燃气轮机的引气量Fgg、柴油机的引气量Fgd与燃气轮机的转速 ng、柴油机的转速nd和阀门开度α之间的第三分片线性代理模型PWL。、得到第三公式F gg+Fgd = PffLc(ng,nd,a)； 上述的第一分片线性代理模型PWLg、第二分片线性代理模型PWLd以及第三分片线 性代理模型PWU均采用如下形式：其中，X是各个分片线性代理模型的对应的自变量向量，0〇和~是各个分片线性代 理模型的对应的参数向量，Μ是各个分片线性代理模型的对应的片数。 各个分片线性代理模型的对应的参数向量θ〇和~通过求解如下对应的优化问题获 得： min{ Iiei2} 其中，Xi为各个分片线性代理模型的对应的自变量数据点，Yi是各个分片线性代理 模型的对应的因变量数据点，I为各个分片线性代理模型的对应的数据点索引集。 优化器基于minicgFog+cdFod}对组合发动机进行能耗优化并依据第一分片线性代 理模型PWLg、第二分片线性代理模型PWLd以及第三分片线性代理模型PWU得到柴油机的引 气量值、柴油机的转速值以及燃气轮机的转速值，并分别作为柴油机的设定引气量F gds、柴 油机的设定转速nds以及燃气轮机的设定转速ngs，其中c g和cd分别为燃气轮机用油和柴油机 用油的油耗系数。 柴油机的设定引气量Fgds经由第一控制器进入引气阀门，且柴油机的设定引气量 Fgds经由引气阀门反馈到第一控制器并调整后得到柴油机的实际引气量Fgd;柴油机的设定 转速n ds进入第二控制器并依据第二线性代理模型PWLd控制柴油机喷油嘴得到柴油机的实 际喷油量Fod;在柴油机的实际引气量F gd和实际喷油量Fod进入柴油机反应室反应并带动柴 油机转动，得到柴油机的实际转速nd;柴油机输出的实际转速n d经由第二控制器进行反馈控 制并调整柴油机喷油嘴的喷油量，进而调节柴油机输出的实际转速nd。 燃气轮机压气机根据柴油机的实际引气量Fgd、燃气轮机的设定转速ngs、柴油机的 转速nds以及阀门开度a依照第三线性代理模型PWL C得到燃气轮机的实际引气量Fgg，其中，阀 门开度a由柴油机的实际引气量Fgd确定;燃气轮机的设定转速n gs进入第三控制器并依据第 一线性代理模型PWLg控制燃气轮机喷油嘴得到燃气轮机的实际喷油量F〇 g;在燃气轮机的实 际引气量Fgg和实际喷油量F〇g进入燃气轮机反应室并带动燃气轮机转动，得到燃气轮机的 实际转速~;燃气轮机输出的实际转速n g经由第三控制器进行反馈控制并调整燃气轮机喷 油嘴的喷油量，进而调节燃气轮机输出的实际转速ng。本专利技术的有益效果如下： 在根据本专利技术的中，根据实验数据分别建立第一分片线性 代理模型PWLg、第二分片线性代理模型PWLd以及第三分片线性代理模型PWL。，并对组合发动 机系统进行能耗优化，然后基于优化器给出柴油机的设定引气量F gds、柴油机的设定转速nds 以及燃气轮机的设定转速ngs分别控制柴油机和燃气轮机的转速，进而实现组合发动机系统 的静态解耦控制以及节能运行，简化组合发动机的控制系统结构，并保障控制系统的稳定 性。【附图说明】 图1为根据本专利技术的示意图。 其中，附图标记说明如下： 1优化器 5柴油机喷油嘴 2第一控制器 6柴油机反应室 21第一减法器 7燃气轮机压气机 22第一 PID控制器 8第三控制器 3引气阀门 81第三减法器 4第二控制器 82第三PID控制器 41第二减法器 9燃气轮机喷油嘴 42第二PID控制器 10燃气轮机反应室【具体实施方式】下面参照附图来详细说明本专利技术的。参照图1，根据本专利技术 的用于控制燃气轮机和柴油机联合工作，包括下述的步骤。根据燃气轮机参数说明书，给出燃气轮机的喷油量&、燃气轮机的引气量Fgg和燃 气轮机的负载Lg的上下边界，在可行域中均匀采样，记录稳态条件下相应的燃气轮机的转 速 Ilg 〇 利用上述实验数据建立燃气轮机的转速ng、燃气轮机的喷油量F〇g、燃气轮机的引 气量F gg以及燃气轮机的负载Lg2间的第一分片线性代理模型PWLg，得到第一公Sn 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合发动机的控制方法，用于控制燃气轮机和柴油机联合工作，其特征在于，包括步骤：根据燃气轮机参数说明书，给出燃气轮机的喷油量Fog、燃气轮机的引气量Fgg和燃气轮机的负载Lg的上下边界，在可行域中均匀采样，记录稳态条件下相应的燃气轮机的转速ng；利用上述实验数据建立燃气轮机的转速ng、燃气轮机的喷油量Fog、燃气轮机的引气量Fgg以及燃气轮机的负载Lg之间的第一分片线性代理模型PWLg，得到第一公式ng＝PWLg(Fog，Fgg，Lg)；根据柴油机参数说明书，给出柴油机的转速nd、柴油机的喷油量Fod、柴油机的引气量Fgd和柴油机的负载Ld的上下边界，在可行域中均匀采样，记录稳态条件下相应的柴油机的转速nd；利用上述实验数据建立柴油机的转速nd、柴油机的喷油量Fod、柴油机的引气量Fgd以及柴油机的负载Ld之间的第二分片线性代理模型PWLd，得到第二公式nd＝PWLd(Fod，Fgd，Ld)；对燃气轮机的转速ng、柴油机的转速nd和阀门开度ɑ进行均匀采样，分别记录燃气轮机的引气量Fgg、柴油机的引气量Fgd；利用实验数据建立燃气轮机的引气量Fgg、柴油机的引气量Fgd与燃气轮机的转速ng、柴油机的转速nd和阀门开度α之间的第三分片线性代理模型PWLc、得到第三公式Fgg+Fgd＝PWLc(ng，nd，ɑ)；上述的第一分片线性代理模型PWLg、第二分片线性代理模型PWLd以及第三分片线性代理模型PWLc均采用如下形式：y=PWL(x)=xTθ0+Σj=1Mmax(0,xTθj)]]>其中，x是各个分片线性代理模型的对应的自变量向量，θ0和θj是各个分片线性代理模型的对应的参数向量，M是各个分片线性代理模型的对应的片数。各个分片线性代理模型的对应的参数向量θ0和θj通过求解如下对应的优化问题获得：min{Σi∈I[PWL(Xi)‑Yi]2}其中，Xi为各个分片线性代理模型的对应的自变量数据点，Yi是各个分片线性代理模型的对应的因变量数据点，I为各个分片线性代理模型的对应的数据点索引集；优化器(1)基于min{cgFog+cdFod}对组合发动机进行能耗优化并依据第一分片线性代理模型PWLg、第二分片线性代理模型PWLd以及第三分片线性代理模型PWLc得到柴油机的引气量值、柴油机的转速值以及燃气轮机的转速值，并分别作为柴油机的设定引气量Fgds、柴油机的设定转速nds以及燃气轮机的设定转速ngs，其中cg和cd分别为燃气轮机用油和柴油机用油的油耗系数；柴油机的设定引气量Fgds经由第一控制器(2)进入引气阀门(3)，且柴油机的设定引气量Fgds经由引气阀门(3)反馈到第一控制器(2)并调整后得到柴油机的实际引气量Fgd；柴油机的设定转速nds进入第二控制器(4)并依据第二线性代理模型PWLd控制柴油机喷油嘴(5)得到柴油机的实际喷油量Fod；在柴油机的实际引气量Fgd和实际喷油量Fod进入柴油机反应室(6)反应并带动柴油机转动，得到柴油机的实际转速nd；柴油机输出的实际转速nd经由第二控制器(4)进行反馈控制并调整柴油机喷油嘴(5)的喷油量，进而调节柴油机输出的实际转速nd；燃气轮机压气机(7)根据柴油机的实际引气量Fgd、燃气轮机的设定转速ngs、柴油机的转速nds以及阀门开度α依照第三线性代理模型PWLc得到燃气轮机的实际引气量Fgg，其中，阀门开度α由柴油机的实际引气量Fgd确定；燃气轮机的设定转速ngs进入第三控制器(8)并依据第一线性代理模型PWLg控制燃气轮机喷油嘴(9)得到燃气轮机的实际喷油量Fog；在燃气轮机的实际引气量Fgg和实际喷油量Fog进入燃气轮机反应室(10)并带动燃气轮机转动，得到燃气轮机的实际转速ng；燃气轮机输出的实际转速ng经由第三控制器(8)进行反馈控制并调整燃气轮机喷油嘴(9)的喷油量，进而调节燃气轮机输出的实际转速ng。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄开胜，江永亨，卓晴，鲁畅，张尧，张扬军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11