一种自由活塞内燃发电机的运动控制方法技术

本发明专利技术公开了一种自由活塞内燃发电机的运动控制方法，该方法针对自由活塞内燃发电机各工作阶段的特点，将工作过程划分为5个工作状态，包括：停机、启动工况、怠速工况、发电工况和限速工况；怠速工况的控制目标是活塞组件的工作频率稳定，发电工况的控制目标是活塞组件的工作频率不超速，启动工况与怠速工况之间的跳转条件是活塞组件的运动幅度是否达到点火点，怠速工况和发电工况之间的跳转条件是节气门开度是否超过节气门总开度乘以一个设定百分比。在启动工况、怠速工况和发电工况下，当活塞组件的工作频率f大于系统最高安全允许频率时，进入限速工况，以降低工作频率，而后返回原工况。使用本发明专利技术能够提高对整体状态控制的精确度和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，该方法针对自由活塞内燃发电机各工作阶段的特点，将工作过程划分为5个工作状态，包括：停机、启动工况、怠速工况、发电工况和限速工况；怠速工况的控制目标是活塞组件的工作频率稳定，发电工况的控制目标是活塞组件的工作频率不超速，启动工况与怠速工况之间的跳转条件是活塞组件的运动幅度是否达到点火点，怠速工况和发电工况之间的跳转条件是节气门开度是否超过节气门总开度乘以一个设定百分比。在启动工况、怠速工况和发电工况下，当活塞组件的工作频率f大于系统最高安全允许频率时，进入限速工况，以降低工作频率，而后返回原工况。使用本专利技术能够提高对整体状态控制的精确度和稳定性。【专利说明】
本专利技术涉及自由活塞内燃发电机控制
，尤其涉及。
技术介绍
自由活塞式内燃机20世纪30年代发展起来的一种新型动力装置，它取消了曲柄连杆机构，活塞仅做往复直线运动，且行程不受机械约束，结合了发动机和线性感应电动机彼此的技术特点，作为一种新型发电机理念而备受关注。该装置的结构如图1所示，利用直线电机固定连接2个发动机。当左缸内进行燃烧做膨胀冲程时，活塞右行，对右气缸进行压缩冲程；当活塞达到本循环的点火位置时，右气缸开始进行点火燃烧做膨胀冲程；如是，活塞在直线电机中进行往复运动，切割发电机中的磁力线产生感应电动势，对外输出电能。FPEG系统稳定运行是实现能量高效转化的必要条件，因此对其进行精确控制以实现稳定运行是设计过程中的重点和难点。自由活塞式直线内燃发电机(Free pistonengine Generator,FPEG)的运动规律和系统结构与传统活塞式内燃机不同,其取消了曲柄连杆机构，活塞在自由态下进行直线往复运动，处于自由态的活塞对控制参数更为敏感。因此针对不同的工作状态，需要单独设计控制策略，以实现广泛工况范围内的精确控制，从而实现对整机状态的精确、稳定控制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了，能够提高对整体状态控制的精确度和稳定性。为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的:设计5种状态包括:停机、启动工况、怠速工况、发电工况和限速工况；自由活塞内燃发电机启动后，首先从停机状态转入启动工况；在启动工况下，活塞组件左右换向运动并逐步加大运动幅度，当活塞组件运动幅度D到达设定的点火位置Dth时，点燃燃烧室内的可燃混合气，直线电机断电，同时暂不加载，系统切换至怠速工况；在怠速工况下，始终检测活塞组件的工作频率f，通过对供油量进行动态调节，使得工作频率f与设定目标频率faim之间的误差在设定频率误差范围之内；当活塞组件运动幅度D小于Dth时，返回启动工况；当节气门开度Kd大于节气门总开度乘以一个设定百分比Kth时，进入发电工况；在发电工况下，根据活塞组件的当前运动方向，对左侧气缸和右侧气缸进行轮流点火；当节气门开度Kd小于或等于节气门总开度乘以所述百分比Kth时，返回怠速工况；在启动工况、怠速工况和发电工况下，当活塞组件的工作频率f小于最小工作频率fmin时，进入停机状态，当活塞组件的工作频率f大于系统最高安全允许频率fmax时，进入限速工况；在限速工况下，通过改变外接负载，降低活塞组件的工作频率；当活塞组件的工作频率降至系统最高安全运行频率f_以下某一特定值，返回原工况。较佳地，将工况之间的变化过程定义为调节工况；在调节工况下，以活塞组件的工作频率稳定为目标，当工作频率低于设定目标频率faim时，增加供油量以提高工作频率f，当工作频率高于设定目标频率faim时，增加负载以减小工作频率f。有益效果:(I)本专利技术将针对FPEG系统各工作阶段的特点，将工作过程划分为几个工作状态，设定工作状态之间的跳转条件，以及在各工作状态内部进行稳定、精确控制的控制策略，从而实现对整机状态的精确、稳定控制。(2)本专利技术进一步将工况之间的变化过程定义为调节工况，通过供油量和外接负载的调节实现调节过程的频率稳定，进一步保证了对整机状态的精确、稳定控制。【专利附图】【附图说明】图1为自由活塞内燃发电机的示意图。图2为FPEG工作状态切换流程图。图3为启动工况的控制流程。图4为怠速工况的控制流程。图5为发电工况的控制流程。图6为限速工况的控制流程。图7为调节工况的控制流程。【具体实施方式】本专利技术针对FPEG系统各工作阶段的特点，将工作过程划分为几个工作状态，设定工作状态之间的跳转条件，以及在各工作状态内部进行稳定、精确控制的控制策略，从而实现对整机状态的精确、稳定控制。FPEG系统的工作状态的划分主要基于活塞组件频率f (即工作频率)、节气门开度Kd。工作频率表征的是单位时间内的做功次数；节气门开度控制的是进油量和进气量，表征的是单次做功的大小。作为一种能量转化装置，实现了工作频率和节气门的精确控制，也就实现的能量转化过程的精确控制。系统从停机到运行需要一个启动过程，在这个过程中电机工作在电动状态，在驱动器的作用下驱动活塞组件压缩两侧燃烧室内的可燃混和气直到点火位置，ECU输出点火信号，点燃燃烧室内的可燃混和气，同时电机切换至发电状态，活塞间组件在燃烧压力的作用下往复运动。启动过程完成后，燃料依靠进气和缸内温度汽化后才能参与燃烧，此时机体处于冷态，加载需要的大量燃油不能汽化，恶化燃烧过程，因此需要一个怠速过程实现热机。热机后，可以增加节气门开度，加大供油量进入发电状态。此外，系统的工作频率过高，会导致热负荷增加，振动剧烈，影响安全运行，因此有必要设定一个工作频率限制，一旦超限，进行限速，以保证系统的安全运行。基于以上分析，本专利技术将FPEG的工作过程分为5种工作状态:停机状态、启动工况、怠速工况、发电工况和限速工况。怠速工况的控制目标是活塞组件的工作频率稳定，发电工况的控制目标是活塞组件的工作频率不超速，启动工况与怠速工况之间的跳转条件是活塞组件的运动幅度是否达到点火点，怠速工况和发电工况之间的跳转条件是节气门开度是否超过设定值。在运行状态下，当活塞组件的工作频率过大时，进入限速工况，以降低工作频率，而后返回原工况。下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。如表1所示，本专利技术设定的各工况及其状态如下:【权利要求】1.，其特征在于，设计5种状态包括:停机、启动工况、怠速工况、发电工况和限速工况； 自由活塞内燃发电机启动后，首先从停机状态转入启动工况； 在启动工况下:活塞组件左右换向运动并逐步加大运动幅度，当活塞组件运动幅度D到达设定的点火位置Dth时，点燃燃烧室内的可燃混合气，直线电机断电，同时暂不加载，系统切换至怠速工况； 在怠速工况下:始终检测活塞组件的工作频率f，通过对供油量进行动态调节，使得工作频率f与设定目标频率faim之间的误差在设定频率误差范围之内；当活塞组件运动幅度D小于Dth时，返回启动工况；当节气门开度Kd大于节气门总开度乘以一个设定百分比Kth时，进入发电工况； 在发电工况下:根据活塞组件的当前运动方向，对左侧气缸和右侧气缸进行轮流点火；当节气门开度Kd小于或等于节气门总开度乘以所述百分比Kth时，返回怠速工况； 在启动工况、怠速工况和发电工况下:当活塞组件的工作频率f小于最小工作频率fmin时，进入停机状态，当活塞组件的工作频率f大于系统最高安全允许频率fmax时，进入限速工况； 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自由活塞内燃发电机的运动控制方法，其特征在于，设计5种状态包括：停机、启动工况、怠速工况、发电工况和限速工况；自由活塞内燃发电机启动后，首先从停机状态转入启动工况；在启动工况下：活塞组件左右换向运动并逐步加大运动幅度，当活塞组件运动幅度D到达设定的点火位置Dth时，点燃燃烧室内的可燃混合气，直线电机断电，同时暂不加载，系统切换至怠速工况；在怠速工况下：始终检测活塞组件的工作频率f，通过对供油量进行动态调节，使得工作频率f与设定目标频率faim之间的误差在设定频率误差范围之内；当活塞组件运动幅度D小于Dth时，返回启动工况；当节气门开度Kd大于节气门总开度乘以一个设定百分比Kth时，进入发电工况；在发电工况下：根据活塞组件的当前运动方向，对左侧气缸和右侧气缸进行轮流点火；当节气门开度Kd小于或等于节气门总开度乘以所述百分比Kth时，返回怠速工况；在启动工况、怠速工况和发电工况下：当活塞组件的工作频率f小于最小工作频率fmin时，进入停机状态，当活塞组件的工作频率f大于系统最高安全允许频率fmax时，进入限速工况；在限速工况下：通过改变外接负载，降低活塞组件的工作频率，当活塞组件的工作频率降至系统最高安全运行频率fmax以下某一特定值，返回原工况。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘福水，王道静，姜一通，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：