收藏本站
《解放军信息工程大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于信号处理的氢燃料发动机优化控制

王丽君  
【摘要】:环保意识增强和石油资源短缺促使在世界范围内寻找―清洁能源‖的持续升温,氢能以其清洁、高效、可再生等特点受到了广泛关注,正在登上21世纪能源舞台,并有望成为主角,人们对其发展前景充满了期待。氢作为内燃机的燃料有众多优越性使其成为最有前景的替代能源之一。但是,由于氢燃料与石油燃料的物化特性有着明显的差异,在氢燃料发动机工作过程中容易出现早燃、回火等异常燃烧和发动机功率下降问题,解决异常燃烧与提高氢发动机的功率之间的矛盾是推动氢发动机研究进展与技术进步的关键。 本文综述了国内外氢能及氢燃料汽车的研究历程及技术状况,燃料电池汽车的发展及技术水平,简要分析了氢燃料内燃机的特点与发展关键,提出氢燃料内燃机汽车将先于燃料电池电动汽车进入市场。表明对氢燃料汽车发动机的研究具有重要的科学意义和应用前景。 论文中进行了氢燃料发动机电控试验系统设计和电控系统软硬件开发,提出了协调解决异常燃烧与提高氢发动机功率,改善燃烧效率的优化控制思想与策略。为研究氢燃料发动机的燃烧特征与优化控制提供了实验基础。 在氢发动机多方面参量的权衡和优化控制方面,进行了深入的实验研究,主要包括汽油机加氢后发动机排放特性及动力性、经济性的关系,加氢量与工况变化间的关系,喷射正时、点火正时、压缩比、过量空气系数等重要运转参数与氢发动机燃烧规律的关系,给出了详实的实验数据,提出优化控制喷氢时刻和点火时刻对改善发动机性能起着关键作用。以上成果对于发动机优化控制有重要参考价值。 深入研究了氢发动机早燃、回火、燃烧循环变动等异常燃烧机理,氢发动机的异常燃烧之间的关系,指出早燃和回火一般发生在以外部混合气形成方式的氢发动机上。回火在较浓混合气浓度和较稀混合气浓度的工况下都可能发生,早燃可以向回火转换,氢燃料发动机的燃烧循环变动现象比其它燃料发动机较为明显。综述了氢发动机的异常燃烧抑制技术。 在解决氢发动机早燃和回火的技术难题方面,提出了一种优化调整点火正时角度及进气管喷水量的新方法,不仅较好地解决了这一问题,而且兼顾氢发动机动力性及经济性。 在氢发动机燃烧过程的建模与优化控制方面,首次引入非线性控制系统状态空间分析方法,并将其与质量传递、能量传递等热力学分析方法相结合,在此基础上给出了氢燃料发动机非线性燃烧控制系统的状态空间模型,并讨论了状态空间表达式的线性化、能控性、稳定性等问题。成功地实现了状态空间模型与氢发动机主要运转参数及性能指标表达的最优控制模型间的等价转换,本项理论成果对于发动机的优化控制,特别是解决异常燃烧与提高氢发动机的功率之间的矛盾,奠定了重要的理论分析与实验研究基础。 在燃烧控制模型的优化设计方面,针对在多工况、多目标、多变量、多约束的情况下求解点火正时、喷氢正时等最优化设计问题,首次将非线性规划理论和多目标遗传算法相结合,成功地将多目标优化控制转变为单目标的优化控制,为解决氢燃料发动机多工况、多目标、多变量、多约束的优化控制问题的集成化开辟了新途径。 在氢发动机的异常燃烧诊断方面,首次提出用提升小波变换和经验模态分解方法对早燃这种异常燃烧进行分析和研究,为早燃的早期诊断提供有用的信息。通过将Harr小波变换与提升小波变化对比,发现二者变换结果相近,能够较准确地表征原始信号的特征,但提升小波变换具有不依赖傅里叶变换,结构、算法更简单,计算速度快,计算时无需额外的存储开销等优点。鉴于经验模态分解与建立在先验性的谐波基函数的傅里叶分解和基于小波基函数的小波分解方法相比,具有直观、后验和自适应的特点,本章又采用经验模态分解方法对正常燃烧与早燃信号进行对比分析,结果表明:EMD可以方便将把燃烧压力信号特征在不同的分辨率下显示出来,相对于小波变换,能更准确的反映原始信号的特性,为早燃的早期诊断及鉴别提供了有价值的依据。 在氢发动机的测试手段方面,设计了一套基于LabVIEW的氢发动机传感器信号检测系统,该系统可以方便地实现被测信号的监测、分析、处理、显示和存贮,解决了传统的发动机测试系统无法实现的传感器信号的图形显示和分析等问题,具有较高的实用价值。
【学位授予单位】:解放军信息工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U464.174

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邱绪云;顾晖;吴光强;;汽车自动变速器电子控制单元的设计开发[J];传动技术;2005年04期
2 程勇,王建昕,庄人隽,杨涛,吴波,张立梅;汽油机燃烧循环变动表征参数的探讨[J];车用发动机;2001年06期
3 杨振中,王丽君,熊树生;氢经济时代的车用H_2燃料发动机的研究与展望[J];车用发动机;2005年02期
4 董尧清;张万平;顾萌君;纪丽伟;邹龙;夏秀娟;;共轨喷射系统参数对柴油机性能影响的模拟计算[J];车用发动机;2006年05期
5 王忠;郑国兵;张育华;王洪;;氢燃料发动机及其起动过程研究[J];车用发动机;2007年06期
6 陈鹏;汪至中;;新型重卡汽车电子仪表的设计[J];仪器仪表用户;2006年02期
7 张亚宁,汪至中;摩托罗拉16位单片机MC9S12DP256在汽车电子中的应用[J];国外电子元器件;2003年11期
8 韩慧莲;单威;龚清勇;代秀娇;;基于网络的虚拟实验室的设计与实现[J];中北大学学报(自然科学版);2005年06期
9 李言浩,马沛生,郝树仁;中小规模的制氢方法[J];化工进展;2001年09期
10 邓振杰,齐建玲,李广川,仇亚军;基于LabVIEW构建虚拟仪器系统[J];华北航天工业学院学报;2001年03期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 杨振中;氢燃料发动机燃烧与优化控制[D];浙江大学;2001年
2 石秀勇;喷油规律对柴油机性能与排放的影响研究[D];山东大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 付彪,吴先良,李世雄;小波变换法求电磁波动方程的高频解[J];安徽大学学报(自然科学版);1999年03期
2 陈东方;基于小波变换的Radon变换反演[J];安徽大学学报(自然科学版);2000年04期
3 王丽华;吴先良;宋开宏;;RK-MRTD算法的稳定性及数值色散性分析[J];安徽大学学报(自然科学版);2011年05期
4 冯元珍;胡玉峰;;协作控制中常用的矩阵理论[J];安徽职业技术学院学报;2010年03期
5 王素华,张伟林;斜拉桥斜索损伤分析中的小波变换研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2004年03期
6 潘茂贵,张伟林;桥梁结构检测中小波分析的应用研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2005年03期
7 胡涛;基于以太网的温室测控系统架构[J];安徽农业科学;2005年05期
8 谭春英;王绪伟;;基于小波变换的烟台市粮食产量变化特征研究[J];安徽农业科学;2006年12期
9 李德福;李金才;王成雨;;优质小麦烟农19的特征特性及丰产高效栽培技术[J];安徽农业科学;2006年12期
10 王胜;鲁俊;吴必文;陈正洪;;安徽省夏季降水变化及其对旱涝的影响研究[J];安徽农业科学;2008年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 朱成华;;基于USB总线的弧焊电参数虚拟检测分析系统设计[A];制造业数字化技术——2006中国电子制造技术论坛论文集[C];2006年
2 党丽华;高志明;韩夏冰;毕慧超;;Q235钢的大气腐蚀电化学噪声小波包分析[A];中国腐蚀电化学及测试方法专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年
3 陈万义;;传递函数矩阵零空间的最小多项式基和亏数[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 李丹;周传心;韩忠旭;;高阶不等容环节代数等价观测器转换方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 阮晓钢;刘江;狄海江;李欣源;;两轮自平衡机器人设计及LQ控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 慕香永;裴润;刘志林;王经甫;;基于小波分析的船舶舵机加载系统多余力研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 田行伟;石莹;;带相关噪声的非方广义系统降阶Kalman递推滤波器[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
8 杨家全;崔玉峰;;云南电动汽车发展及充电设施建设研究[A];2010年云南电力技术论坛论文集(文摘部分)[C];2010年
9 李宏坤;丁健;练晓婷;;基于频率分辨率评价模型的柴油机状态识别[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)上册[C];2011年
10 李云清;刘宾;李天蕾;;用三维CFD研究柴油机喷雾内部温度分布[A];第三届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王婷;EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李关防;模态域信号处理在水声中的应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 张之猛;水声信号处理中的盲解卷积技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 刘文海;水下被动目标瞬态特征检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 王咏胜;复数轮廓波变换的构造、扩展及其图像处理应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 尹安东;基于混合系统理论的混合动力客车控制策略和参数优化研究[D];合肥工业大学;2010年
7 陈为真;大型结构振动信号处理与模态参数识别研究[D];华中科技大学;2010年
8 姚栋伟;汽油机燃用乙醇汽油混合燃料的空燃比控制技术研究[D];浙江大学;2010年
9 陈平录;气动燃油混合动力车混合效能分析及其电控气动发动机的研究[D];浙江大学;2010年
10 李诗高;立体影像压缩方法研究[D];武汉大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 康锡龙;沼气发电机冷却水预热沼气进料池系统的研究[D];华中农业大学;2010年
2 张蛟龙;平面二级倒立摆的控制策略研究[D];河南理工大学;2010年
3 张亮;基于小波变换与希尔伯特黄变换的心音信号分析[D];山东科技大学;2010年
4 王义;随机系统的稳定性控制[D];山东科技大学;2010年
5 陈林;基于GIS的流域水文数据的时空分析[D];山东科技大学;2010年
6 迟子孟;非线性系统降维观测器设计研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
7 赵昊;微测位移传感器在轮毂跳动量中的应用[D];长春理工大学;2010年
8 吴国曾;实时信号小波分析中边界处理方法及应用[D];郑州大学;2010年
9 李卫鹏;正交小波变换支持向量数据描述方法在故障诊断中的应用研究[D];郑州大学;2010年
10 郑宁;离散分数阶Fourier变换算法的仿真研究及FPGA实现[D];郑州大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王钧效,王桂华,陆辰,陆家祥,张锦杨;柴油机共轨式喷油系统喷油率控制技术分析[J];车用发动机;2001年03期
2 宋军,乔信起,黄震,李书泽,王岩;柴油机电控喷射系统发展现状[J];车用发动机;2003年03期
3 谭文春,肖文庸,梁锋,龚元明;GD—1高压共轨柴油机电控系统的可靠性设计[J];车用发动机;2003年06期
4 梁锋,谭文春,肖文雍,王俊席,卓斌;高压共轨式电控柴油机动态仿真研究[J];车用发动机;2003年06期
5 李向荣,苟晨华,孙柏刚,马维忍;柴油机喷雾混合过程数值模拟的发展与现状[J];车用发动机;2004年02期
6 刘忠长,赵佳佳;车用柴油机电控高压喷油系统与欧Ⅲ排放标准[J];车用发动机;2004年04期
7 李伟军;喷油定时对柴油机经济性和排放的影响[J];柴油机设计与制造;2004年02期
8 陈立新,雷永泉,李寿权,杨晓光,陈长聘;高性能贮氢电极合金的研究进展[J];材料研究学报;2001年01期
9 白朔,侯鹏翔,范月英,杨全红,成会明;一种新型储氢材料─纳米炭纤维的制备及其储氢特性[J];材料研究学报;2001年01期
10 王锡斌,蒋德明;柴油机湍流燃烧模型的研究现状及发展趋势[J];柴油机;2002年02期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 杨振中;氢燃料发动机燃烧与优化控制[D];浙江大学;2001年
2 刘雄;满足低排放法规的两气门电控柴油机燃烧过程研究[D];天津大学;2004年
3 张强;生物质气发动机工作过程的数值模拟及试验研究[D];山东大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 丁元法;虚拟仪器技术在精密播种机综合试验台上的应用研究[D];山东农业大学;2003年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 Martyn Williams;;燃料电池将更多地用于便携设备[J];今日电子;2006年01期
2 李江;;氢燃料电池城市客车发展研究[J];交通世界(运输.车辆);2010年01期
3 ;氢燃料电池研发获重大突破[J];中国科技产业;2007年06期
4 ;氢燃料电池自行车在沪研制成功[J];发明与创新(综合版);2008年04期
5 ;21 世纪能源——氢能[J];电力建设;1998年03期
6 鲍德佑;甲醇—氢燃料电池电动车[J];太阳能;1998年04期
7 于丽萍;汽车新能源——氢燃料电池[J];能源技术;2000年03期
8 李斌;;氢燃料电池研究计划获得30亿美元资金[J];轻型汽车技术;2003年05期
9 庄严;;北京奥运公交追踪报道之新技术篇 戴姆勒·克莱斯勒用氢动力推动北京公交[J];商用汽车;2006年01期
10 吴憩棠;;采用先进E-Flex燃料电池的Volt电动概念车[J];汽车与配件;2007年25期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 艾兴华;;氢燃料电池在电信企业应用前景分析[A];通信电源新技术论坛2011通信电源学术研讨会论文集[C];2011年
2 高金波;;节能新技术在通信基站领域内的应用研究[A];中国通信学会信息通信网络技术委员会2011年年会论文集(下册)[C];2011年
3 陈长聘;李寿权;陈昀;陈立新;王新华;;用于小型氢燃料电池氢源的金属氢化物储氢器[A];中国太阳能学会2001年学术会议论文摘要集[C];2001年
4 苏强;刘业凤;;结合氢能、燃料电池的太阳能光伏冰箱[A];中国制冷学会2009年学术年会论文集[C];2009年
5 孙逢春;孙立清;白文杰;;氢燃料电池技术及其在汽车领域的应用现状[A];第三届全国氢能学术会议论文集[C];2001年
6 孙逢春;孙立清;白文杰;;氢燃料电池技术及其在汽车领域的应用现状[A];中国太阳能学会2001年学术会议论文摘要集[C];2001年
7 张兴业;;世界汽车工业新的技术革命[A];山东汽车工程学会第九次学术年会优秀论文集[C];2007年
8 王欢;;基于低碳经济要求的新能源汽车发展分析[A];2010年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会论文集[C];2010年
9 王新华;葛红卫;李寿权;陈长聘;;金属氢化物氢泵作为燃料电池电动车加氢站核心设备[A];21世纪太阳能新技术——2003年中国太阳能学会学术年会论文集[C];2003年
10 于艳敏;赵乃勤;师春生;;氧化石墨负载钯的制备及电化学储氢性能[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 刘霞;美在氢燃料电池技术上获新突破[N];科技日报;2011年
2 顾定槐;中国氢燃料电池轿车远征[N];中国化工报;2009年
3 记者 黄堃;英媒忆登月中 “英国贡献”[N];新华每日电讯;2009年
4 刘霞;新型氢燃料电池催化剂不含贵金属[N];科技日报;2011年
5 建议承办单位:国家发改委、科技部;抓住机遇加速氢燃料电池产业化步伐[N];中华工商时报;2009年
6 特约记者 顾定槐;化工如何为氢燃料电池“蓄能”[N];中国化工报;2008年
7 庄颖;王哲——中国新能源汽车“发动机”[N];21世纪经济报道;2008年
8 ;关于大力扶持氢燃料电池技术发展的提案[N];中华工商时报;2010年
9 王俊鸣;混合动力型兴起氢燃料电池渐近[N];科技日报;2004年
10 志文;宜兴将崛起国家级氢燃料电池基地[N];宜兴日报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 阮娴静;新能源汽车技术经济综合评价及其发展策略研究[D];武汉理工大学;2010年
2 王丽君;基于信号处理的氢燃料发动机优化控制[D];解放军信息工程大学;2010年
3 别海燕;铝内胆纤维全缠绕高压氢气瓶耐火及抗疲劳性能研究[D];浙江大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙绪旗;氢燃料电池汽车动力系统设计及建模仿真[D];武汉理工大学;2012年
2 朱佳慧;移动通信基站氢燃料电池备用供电系统研究[D];北京邮电大学;2013年
3 谢锐;氢燃料电池发电DC-DC电能变换研究[D];北京化工大学;2012年
4 闫贯博;氢燃料电池发电DC-AC-DC电能变换研究[D];北京化工大学;2013年
5 杨晓蕾;氢燃料电池概念车造型设计研究[D];北京交通大学;2011年
6 李艳;PVD技术制备铂基掺铈薄膜及其结构研究[D];昆明理工大学;2009年
7 张红星;EVOH质子交换膜的制备[D];湖北大学;2012年
8 李海;移动基站风光氢混合式独立电源控制系统的设计与实现[D];北京邮电大学;2013年
9 叶根银;流化床膜反应器用于天然气制氢的研究[D];华南理工大学;2010年
10 申玲钰;移动通信基站节能机制的研究[D];北京邮电大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026