基于强化学习的柴油机调速算法研究

为了更好地调节柴油机转速,提出一种强化学习–比例积分微分(proportional integral derivative, PID)控制器,并应用到了柴油机转速控制中。基于连续动作空间的柔性动作–评价(soft actor-critic, SAC)算法,结合连续型PID控制器,设计了一种强化学习–PID控制器,可代替传统PID控制的转速环。优化设计了基于演员–评论家(actor-critic)框架的输入输出和奖励函数以匹配柴油机特性,采用随机动作增加寻优效率,形成SAC-PID控制柴油机转速的网络交互结构,达到快速调整转速,减小稳定时间的效果。构建了以柴油机D6114为原型机的MATLAB/Simulink平均值模型,并利用试验数据验证了仿真模型的有效性。利用平均值模型,仿真验证了该控制算法效果。经过仿真验证本算法使柴油机转速响应曲线超调量更小,响应时间更快,鲁棒性更强,SAC-PID控制负载瞬态调速率和稳定时间均已达到1级精度指标。仿真对比验证了SAC算法的联合控制效果,结果表明其较其他算法更佳。

基于WPES与MEEMD的船用主机振动研究

为揭示船用长冲程低速柴油机健康状态下的振动特征,采用小波包能量谱(Wavelet Packet Energy Spectrum, WPES)和改进的总体平均经验模态分解(Modified Ensemble Empirical Mode Decomposition, MEEMD)结合的特征提取方法,对典型推进工况下低速机的表面振动信号进行3层小波包分解和重构。通过对能量占比较大的节点采用MEEMD方法进行分解,获得IMF1分量频谱。研究结果表明,在40%以下的较低发动机负荷时,各单次燃烧循环的振动波动较小,振动幅值基本一致。提升至50%以上发动机负荷时,燃烧引起振动波动明显增强。50%工况下,中高频能量占总能量的41.51%,为主要振动源。

基于压缩空气起动的柴油机瞬态特性仿真研究

利用一维仿真软件GT-Power建立大功率船用柴油机稳态模型,在此基础上对系统进行改进,增加高压气瓶、管路、空气分配器、起动空气阀模块,构建基于压缩空气分配器起动的柴油机起动过程瞬态模型,并试验验证2种模型的准确性。系统分析了环境压力、滑油温度和起动系统参数等对柴油机起动过程性能的影响,结果表明,该压缩空气系统驱动柴油机起动时间为2.6 s,能够实现连续6次起动,满足柴油机起动性能要求;选取压缩空气压力为30 bar、气瓶容积为350 L、空气管路直径为36 mm、供气起始角为-5° CA能够有效提高柴油机起动性能;从100%负载突加突卸计算结果来看,该柴油机瞬态调速率达到4.67%,不超过5%的指标要求,转速恢复到额定转速±2%的恢复时间增加至0.57 s,满足指标要求。

多类型公交线路的运行可靠性优化策略

公交系统因运行时间不稳定、到达时间难以被准确预估而使得出行者满意度较低。随着城市的多元化发展,公交线路也逐步多样化,不同类型线路公交车的运行时间波动差异大,造成公交车调度运营困难、乘客出行不便。针对上述问题,文中首先以簇内误差平方和(SSE)为衡量指标,采用K-means++算法对站点进行聚类,将不同类型公交线路的运行特性和可靠性影响因素作为考虑因素,确定各线路大站快车备选站点集;然后以最小化公交车辆运行成本、乘客出行成本和可靠性成本为目标,考虑全程车和大站快车的运行过程、车头时距等约束,构建大站快车与调速联合策略优化模型,以决策不同类型公交线路大站快车站点、全程车与大站快车的发车时刻和车辆路段运行速度;最后采用遗传算法对优化模型进行求解,选取北京市公交线路进行案例分析。结果表明:大站快车策略有利于降低公交车辆的运行成本,调速策略能更好地降低乘客出行成本和可靠性成本,而大站快车和调速联合优化策略可有效地降低公交系统的总成本。

掺烧不同比例乙醚对船用柴油机燃烧和排放性能的影响

为研究掺烧不同比例的乙醚对柴油机燃烧及排放特性的影响,以4190Z L C-2型船用中速机为研究对象,利用AVL_FIRE仿真软件构建燃烧室高压循环模型,在全负荷工况下对比实测与仿真缸压和放热率曲线,验证模型的准确性。在全负荷工况下,通过仿真模拟实验,在柴油中分别掺混体积分数为0%、5%、10%、15%的4种比例的乙醚,研究其对柴油机燃烧和排放特性的影响。结果表明:与燃烧纯柴油相比,使用柴油-乙醚混合燃料,缸内最大爆发压力和缸内最高温度均有所下降,对应的曲轴转角也稍有延后。增加乙醚的掺混比例,CO和NO的排放量均呈现降低趋势,碳烟排放略有增加。在反应过程中,乙醚加入延长了混合燃料的滞燃期,油气混合更加充分,放热过程稳定,提升柴油机的稳定性。当乙醚掺混体积分数为15%时,NO排放量较原机降低12.7%,CO排放量降低7.8%,碳烟排放量增大10.7%。

柴油机调速系统的数学模型

建立了柴油机调速系统的数学模型，解决了柴油发电机组的非线性问题，利用差分方程对柴油机调速系统进行了计算机仿真通过计算机仿真实验结果表明，本文提出的数学模型是合理的。

可变二级增压柴油机变海拔工作特性数值模拟

以两级增压共轨重型柴油机为研究机型,采用GT-Power构建了其一维热力学仿真模型,对比可变二级增压(RTST)柴油机随高压级可变截面涡轮增压器(VGT)在不同叶片开度(20%~100%,)及不同海拔(0~4,km)下的工作特性.结果表明:不同转速工况下,空燃比和泵气损失随VGT叶片开度和海拔高度增加而降低.不同海拔下,随VGT叶片开度增大,低速时转矩与有效热效率先升高、后降低,高速时显著增大.随叶片开度和海拔增加,NO_x排放降低,soot排放大幅升高.海拔为4,km时,叶片开度从20%,增至100%,,低、高速工况的转矩和有效热效率均分别增加7.5%,和39.2%,,NO_x排放分别降低38%,和24%,;海拔为2,km时,不同转速工况下柴油机匹配RTST均能实现较高的EGR率(超过60%,).VGT叶片开度减小,EGR率快速增大,转矩及有效热效率降低,有效燃油消耗率(BSFC)逐渐增加,NO_x排放快速降低,soot排放先升高后降低.在EGR率约为35%,时,RTST柴油机综合性能达到最佳.

机车中速柴油机应用柴油/甲醇二元燃料的燃烧特性研究

在一台机车中速柴油机上,采用进气歧管喷射甲醇的方式,研究了不同转速与负荷下柴油/甲醇二元燃料燃烧特性。研究结果表明:随着甲醇喷射量的增加,滞燃期延长,燃烧持续期缩短,中低负荷时燃烧呈单峰快速放热,高负荷下预混燃烧比例有所提高,但仍保持双峰放热规律;同时,二元燃料燃烧方式下的最高燃烧压力与压力升高率均高于原机,最高燃烧温度也随着甲醇喷射量的增加而升高;此外,二元燃料燃烧的热效率与负荷密切相关,在600r/min时有效热效率随着甲醇的喷入而降低,且随着替代率的升高其降幅加大,在33%替代率时下降了9.06%,但在1000r/min标定负荷时有利于热效率的提高,升幅达到0.36%。

非道路涡轮增压柴油机高原适应性研究

为改善非道路柴油机高海拔条件下功率下降、经济性及排放性能恶化、高速增压器超速等问题,利用柴油机高原环境模拟台架试验结合一维仿真研究了0~4000 m海拔环境下增压器运行特性、柴油机综合性能参数等随海拔高度的变化规律及影响机理。针对柴油机的变海拔性能恢复目标,通过对增压系统进行参数计算和选配,提出一种带有废气旁通阀的两级涡轮增压匹配方案。研究结果表明:变海拔条件下,非道路柴油机各性能参数呈现非线性变化,在转速800~2800 r/min全负荷工况下,柴油机动力性、经济性变化梯度呈现出先减小后增大的“浴盆形”趋势。在0~2000 m海拔环境下,柴油机转矩降幅达4.3%,有效燃油消耗率降幅达6%。随着海拔升高,中冷前温度与涡前温度逐渐升高,增压压力与涡前压力逐渐降低,CO、全碳氢和NOx排放升高。匹配两级增压系统后,对比原机4000 m海拔运行工况,柴油机功率平均升高14.9%,有效燃油消耗率平均降低11.8%,实现了非道路柴油机的高海拔性能恢复目标。

内河船用中速柴油机油耗率模型的建立

为研究柴油机的油耗率,结合内河船舶经常使用的XCW6200ZC型中速柴油机的台架试验数据,采用多项式拟合的方法对这些数据进行处理,建立柴油机推进特性下的油耗率与推进特性系数、转速之间的数学模型。运用该模型对船舶柴油机的油耗率进行计算和预测,结果表明:该模型能够较好地预测柴油机的油耗率。

燃料设计改善发动机燃烧和排放的研究(2)——对柴油机燃烧与排放影响的分析

根据本文第一部分提出的含氧燃料设计思想与方法,以碳酸二甲脂(DMC)为例,研究了较宽比例范围内的DMC柴油混合燃料对柴油机的燃烧与排放特性的影响。在一台高速柴油机上测量了各种混合燃料在最高转速下的负荷特性和速度特性,以及主要工况下的示功图,并对燃烧特性进行了分析。试验结果发现:在柴油中加入一定比例的DMC后,由于物性参数的变化和喷雾特性的改善,混合燃料能够改善柴油机的燃烧与排放———热效率得到明显的提高,尤其在低转速下改善显著;烟度和氮氧化物排放同时降低,外特性线上的一氧化碳降低,碳氢排放仍然很低。对燃烧特性的分析发现:DMC柴油混合燃料的着火延迟延长,燃烧速率加快,燃烧持续期缩短。

单缸柴油机油量校正器的设计计算方法

以186FA柴油机油量校正器设计为例,分析油量校正器工作原理,指出现有文献资料中油量校正器设计计算存在的缺陷,阐明各设计参数与柴油机速度特性、喷油泵速度特性上性能指标的关系,给出单缸柴油机油量校正器的设计计算方法,使用此方法能准确地得出油量校正行程、起动加浓行程、校正弹簧最大作用力、起动弹簧预紧力的计算值。所研制的带油量校正和起动加浓功能的油量校正器试验表明,186FA柴油机速度特性上的性能指标能完全满足国家标准的相关考核要求,产品已大量生产,为移动用途第二代单缸柴油机研发提供技术保证。

基于CMAC神经网络前馈控制的柴油发电机组转速控制研究

提出了一种小脑模型神经网络(CMAC)前馈负荷控制的柴油机调速策略,利用传统PID来实现反馈控制,保证船用柴油发电机组调速系统的稳定性并抑制扰动,在CMAC神经网络输入信号中加入负荷电流和转速指令,实现对控制器的前馈控制,确保系统的控制响应速度,提高控制精度。经过仿真后,使用MicroAutoBox控制器进行了D6114发电机组配机试验。试验结果表明:机组具有良好的动静态特性,标定负载突变超调6.2%,稳定时间2.8s,完全满足二级电站对柴油机调速系统的要求。

生物柴油和石化柴油喷雾特性的对比研究

采用相位多普勒粒子分析仪,从索特平均直径、喷雾锥角和喷雾贯穿距等方面对生物柴油和0#柴油的喷雾特性进行了对比研究。基于高速摄像技术,拍摄了几个典型时刻生物柴油和0#柴油的喷雾图片。结果表明:在相同的喷射条件下,生物柴油的索特平均直径和喷雾贯穿距大于0#柴油,而喷雾锥角小于0#柴油。

船用柴油机与涡轮增压系统匹配及性能研究

利用AVL BOOST软件建立了4190ZLC-2型船用中速四冲程增压柴油机的仿真模型,利用BOOST模型进行柴油机推进特性和负荷特性工况的计算,通过与实验数据对比,验证模型的正确性。利用BOOST软件对4190ZLC-2型船用中速柴油机与现有增压器联合运行规律进行研究,得到柴油机与涡轮增压器匹配特性。结果表明,4190ZLC-2型柴油机与压气机联合运行性能很好符合增压器匹配的要求。

柴油机高速强力电磁阀的数值模拟

高速强力电磁阀是影响柴油机电控燃油喷射系统性能的关键部件。通过高速强力电磁阀驱动特性的理论分析和数值求解喷油器电磁阀的磁场分布 ,对电磁阀动态响应特性进行了数值模拟计算。试验验证了模拟计算结果的正确性。

船舶电站柴油机H_∞调速器的仿真研究

为了提高柴油机调速系统的动态精确度,抑制负荷的扰动,将H∞控制理论应用于柴油机调速系统的设计,将系统的性能要求转化为标准H∞控制问题。计算机仿真实验结果表明,所设计的H∞调速器能在考虑系统模型不确定性的情况下,有效地提高了系统的动态精确度和抑制扰动的能力,改善了船舶电力系统频率的稳定性。

船用中速柴油机高压共轨燃油系统特性分析

为开展船用柴油机机械式喷油系统向高压共轨式喷油系统的改造研究,以船用中速柴油机为研究对象,建立了原机机械式燃油喷射系统仿真模型,在分析机械喷射系统性能的基础上,设计了额定工况轨压为160 MPa的“分段式”高压共轨燃油喷射系统.通过建立的高压共轨燃油喷射系统仿真建模,分析了高压共轨燃油喷射系统的性能特征,研究了系统部件关键结构参数对系统特性的影响.

船舶电站柴油机最小熵H_∞调速控制器的设计

为了提高柴油机调速系统的动态精确度,抑制负荷的扰动,提出了一种基于最小熵H∞控制理论的鲁棒调速控制策略。该控制策略从熵的角度将H2最优控制和H∞最优控制结合起来,以闭环系统的熵函数为目标函数,据此设计的调速器具有良好的鲁棒性和快速的动态性能。仿真结果表明,在系统模型不确定的情况下,与H∞最优控制相比,最小熵H∞调速控制器可有效地改善系统的动态性能并抑制外部干扰对系统的影响,提高了船舶电力系统频率的稳定性。

基于BP神经网络的柴油发动机特性建模

建立连续的发动机燃油特性和调速特性数学模型作为液压机械无级变速器虚拟试验平台的动力源。根据虚拟平台对不同特性区域的精度需求对柴油发动机不同特性区域的试验数据进行不同的密度选取、乱序和归一化处理,采用单隐层BP神经网络对试验数据进行训练,对比不同隐层节点数网络的训练误差和测试误差,选取误差最小的网络,求解出网络的数学表达式。通过该方法以ISLe310柴油发动机为例建立燃油特性和调速特性的连续数学模型,这两个简单的数学表达式准确反映了发动机万有特性和外特性,连续模型避免了虚拟试验中出现信号的突变和奇异点。通过和经典的最小二乘法拟合得到的最优特性模型进行对比,其具有更小的误差、更强的泛化能力,能够更好地反映柴油发动机的相关特性。