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涡轮增压柴油机平均值模型建模及模型校核方法研究

作　者: 李瑞雪
导　师: 黄英
学　校: 北京理工大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 涡轮增压柴油机 平均值模型 模型校核 参数辨识
分类号: TK421
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


随着逐渐复杂化的控制技术在车辆动力系统中的应用，越来越多基于模型的控制系统开发对所需对象模型提出了更高的精度及实时性要求。因此，为了提高基于模型的控制系统开发效率，本文以DEUTZ-BF6M1015涡轮增压柴油机为研究对象，进行了面向控制的涡轮增压柴油机平均值模型的建模理论研究，并基于Matlab/Simulink建立了涡轮增压柴油机平均值模型。为了提高平均值模型稳态工况仿真精度，在详细分析了模型误差来源后，本文对所建立的平均值模型进行了模型参数标定方法及标定流程研究。并且，通过详细设计模型的稳态校核试验，从误差解耦的角度对平均值模型进行了稳态校核流程及校核方法研究。其中，针对涡轮增压器模型典型参数获取困难的问题，提出了一种基于Jensen&Kristense方法的改进型非线性拟合方法，采用该方法对压气机质量流量特性和压气机效率特性进行了拟合与扩充，提高了压气机模型精度；针对涡轮模型，提出了以压气机质量流量为反馈的涡轮效率闭环状态观测器，修正了涡轮效率特性曲线，提高了模型的稳态工况仿真精度。另一方面，为了提高平均值模型的动态工况仿真精度，本文分析和设计了恒转速增扭的动态工况校核试验，并通过分析典型参数对发动机动态特性的影响程度，提出了模型中典型参数的辨识方法，并基于试验数据进行了平均值模型的动态校核及验证。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-21
  1.1 课题背景及研究意义  10-11
  1.2 基于模型的现代控制系统开发流程  11-13
  1.3 基于模型的现代控制系统开发各阶段对模型需求  13-14
  1.4 面向控制的柴油机建模发展  14-15
  1.5 面向控制的柴油机热力学模型  15-18
    1.5.1 准稳态模型  15-16
    1.5.2 充排模型  16-17
    1.5.3 分缸模型  17
    1.5.4 平均值模型  17-18
  1.6 涡轮增压柴油机瞬态特性研究  18
  1.7 本文的研究内容  18-21
第2章 涡轮增压柴油机平均值模型建模方法  21-32
  2.1 概述  21-22
  2.2 涡轮增压器模型  22-26
    2.2.1 压气机模型  23-24
    2.2.2 涡轮模型  24-25
    2.2.3 涡轮增压器转子动力学模型  25-26
  2.3 进气系统模型  26-28
    2.3.1 中冷器模型  26-27
    2.3.2 进气歧管模型  27-28
  2.4 气缸模型  28-29
  2.5 曲轴动力学模型  29
  2.6 排气系统模型  29-31
  2.7 本章小结  31-32
第3章 涡轮增压柴油机平均值模型标定方法及流程  32-48
  3.1 概述  32-33
  3.2 模型误差来源分析  33-35
  3.3 参数标定试验和稳态校核试验设计  35-37
  3.4 模型参数标定  37-47
    3.4.1 柴油机本体模型标定  38-40
    3.4.2 涡轮增压器模型标定  40-47
  3.5 本章小结  47-48
第4章 涡轮增压柴油机平均值模型稳态校核方法及流程  48-66
  4.1 平均值模型校核流程  48-50
  4.2 柴油机本体模型校核  50-60
    4.2.1 中冷器模型校核  50-52
    4.2.2 进气歧管模型校核  52-54
    4.2.3 气缸模型校核  54-56
    4.2.4 曲轴动力学模型校核  56-58
    4.2.5 排气系统模型校核  58-60
  4.3 涡轮增压器模型与柴油机本体模型联合仿真校核  60-64
  4.4 本章小结  64-66
第5章 涡轮增压柴油机平均值模型动态校核  66-82
  5.1 概述  66-67
  5.2 动态校核试验设计  67-68
  5.3 恒转速增扭动态工况分析  68-71
    5.3.1 模拟恒转速增扭动态工况的平均值模型的建立  68-69
    5.3.2 恒转速增扭瞬态工况分析  69-71
  5.4 动态特性影响因素分析  71-76
    5.4.1 进气歧管容积对瞬态性能影响分析  72-74
    5.4.2 增压器转子轴惯量对瞬态性能影响分析  74-76
  5.5 平均值模型瞬态特性校核与精度对比  76-81
    5.5.1 参数获取方法分析  76-80
    5.5.2 平均值模型动态工况精度对比  80-81
  5.6 本章小结  81-82
结论  82-85
参考文献  85-89
攻读学位期间发表论文与研究成果清单  89-90
致谢  90

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 柴油机 > 理论
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