CDE 1.6L发动机冷试台架动力学及控制参数优化研究

摘要

发动机冷试技术是在不拆解发动机的条件下，对发动机机械性能进行全面分析的一种测试技术。该技术在冷试过程中整个测试过程发动机曲轴均由电力进行拖转，发动不进行点火燃烧；因此，与传统检测方法相比，发动机冷试技术具有可控性高、噪声与振动小、使用成本低等优点。但是，发动机在冷试工况中存在较大的曲轴阻力矩波动。从而易导致在冷试过程中曲轴稳态转速波动较大、转速超调及系统动态响应迟缓等问题.故发动机冷试台架对拖转驱动系统的硬件构成及控制学参数均有较高的要求。
　　本文针对CDE1.6L发动机冷试台架及控制参数优化展开研究，通过AMESim平台，主要对以下模型进行研究：(1)CDE1.6L发动机冷试动力学模型；(2)拖转驱动系统模型。由此通过对以上两种模型的联合仿真，分析拖转驱动系统控制学参数对冷试过程的影响，并针对实际冷试过程中对于系统动态性能与静态性能的需求，对拖转驱动系统控制学参数进优化。
　　在模型一的研究中，本文首先根据发动机冷试工况曲轴拖转阻力矩来源及特征，重点研究并建立了CDE1.6L发动机Stribeck摩擦模型与发动机冷试工况缸内气体动力学模型；随后，通过对该发动机冷试动力学模型的仿真结果，研究发动机缸内压力随转速变化的特性及曲轴拖转阻力矩随转速变化的特性。
　　由于发动机在冷试过程中，曲轴阻力矩主要来源于缸内气体压缩阻力矩.本文通过发动机台架实验，实际测定了不同转速下发动机缸内压力特性，通过实验结果与模拟结果的对比分析，确定了该发动机冷试动力学模型具有较高可信度。
　　在模型二的研究中，本文首先建立了永磁无刷同步电机（PMSM）数学模型；对比分析了直接转矩控制法，电压法矢量控制法与电流法矢量控制法的特点。确定了电压法矢量控制法更适用于拖转驱动系统的控制需求；随后通过对拖转驱动系统动态响应及稳态仿真实验，验证了该拖转驱动系统具有较好的动态响应及稳态工作性能。
　　最后，本文建立模型一与模型二的联合仿真,采用正交试验法，通过对该系统的动态性能、稳态性能及系统稳定性进行分析，确定了转速环PID参数对系统性能影响及较为合理的数值选取范围；并运用Design Exploration模块，编写拖转驱动系统转速环PID参数优化函数，从而实现基于遗传算法的该系统转速环PID参数的优化运算。使系统的动态性能、稳态性能及系统稳定性均有了均有明显的改善。

目录

声明

第一章 绪论

1 .1课题的研究背景、目的和意义

1 .2国内外发动机冷试技术发展现状

1 .3发动机冷试台架硬件概述

1 .4发动机冷试台架拖转驱动系统的发展现状

1 .5永磁无刷同步电机控制策略参数优化

1 .6本课题研究主要内容

第二章 冷试拖转驱动系统硬件结构及功能概述

2 .1拖转驱动系统硬件概述

2 .2拖转系统工作方式及工作流程

2 .3拖转系统信号采集模式概述

2 .4本章小结

第三章 发动机冷试动力学建模与仿真研究

3 .1发动机冷试工况阻力矩分析与数学模型建立

3 .2 1. 6L发动机Str ibe ck摩擦模型参数的实验测定

3 .3基于AME Sim的发动机冷试动力学模型的建立与研究

3 .4发动机冷试动力学模型仿真结果分析

3 .5本章小结

第四章 发动机冷试工况动力学模型的试验研究

4 .1 发动机冷试工况动力学试验的主要内容及试验设备

4 .2发动机冷试工况缸内压力试验结果分析

4 .3本章小结

第五章 冷试拖转驱动系统及控制模型的研究

5.1永磁无刷同步电机（PMSM）数学模型的建立

5 .2永磁无刷同步电机控制系统分析与选型

5 .3基于AME Sim的拖转驱动系统模型的搭建

5 .4拖转驱动系统模拟仿真结果及特性分析

5 .5本章小结

第六章 基于遗传算法的拖转驱动系统参数优化的研究

6 .1拖转驱动系统参数优化概述

6 .2转速环PID参数对系统影响的研究

6 .3转速环PID参数优化的研究

6 .4基于遗传算法的拖转驱动系统PID参数优化及结果研究

6 .5本章小结

第七章 总结与展望

7 .1总结

7 .2本文的不足及展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的相关科研成果