内燃机废气余热利用有机朗肯循环系统优化控制研究

摘要

内燃机作为热效率最高的动力器件，随着人类社会和科技的飞速发展越来越广泛地在生产生活的各个领域得到应用。随着经济的高速发展，也引发了大量的能源浪费和环境污染等问题。利用有机朗肯循环技术对内燃机的排气热量进行回收发电，不仅能实现重复利用能源，还能保护环境。
　　本文针对基于有机朗肯循环的内燃机(Internal combustion engine-Organic Rankine Cycle，ICE-ORC)余热利用系统，所做的工作及主要研究成果主要包括三部分。第一部分首先针对车用内燃机余热利用系统，基于支持向量机的方法设计了ICE-ORC系统运行工况的监控程序，并采用参数优化算法对其中的参数进行优化并获得了显著优化的监控性能。第二部分将支持向量机与预见控制相结合，提出了跟踪汽车行驶工况的ICE-ORC系统优化控制算法。基于训练得到的两个支持向量机(Support Vector Machines，SVM)为预见控制提供预见信号，其中SVM1根据实时路况信息预测了汽车尾气的质量流量和温度;SVM2实现了控制系统的设定值优化。将基于线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequalities，LMI)解法的预见控制器应用于ICE-ORC系统，取得了对汽车行驶工况的良好跟踪结果。第三部分针对ORC系统运行过程中的十种常见故障，设计超限学习机和K-邻近分类算法分别对故障进行诊断，仿真结果表明，超限学习机展现了更为优越的分类性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 内燃机余热利用技术概述

1．2．2 内燃机余热利用有机朗肯循环的控制策略研究

1．3 本文主要研究内容

第2章 内燃机余热利用有机朗肯循环系统分析

2．1 引言

2．2 有机朗肯循环工作原理概述

2．2．1 基本有机朗肯循环

2．2．2 回热型有机朗肯循环

2．2．3 有机朗肯循环主要特点

2．3 有机朗肯循环过程热力学分析

2．4 内燃机废气余热利用有机朗肯循环系统介绍

2．5 本章小结

第3章 车用内燃机废气余热ORC系统运行工况监控

3．1 引言

3．2 车用内燃机废气余热利用系统

3．3 支持向量机(SVM)回归原理

3．4 SVM参数优化算法

3．4．1 网格搜索法

3．4．2 遗传算法

3．4．3 粒子群算法

3．5 基于SVM的内燃机尾气余热ORC系统运行工况监控

3．5．1 训练SVM

3．5．2 ICE-ORC系统运行工况监控

3．6 本章小结

第4章 跟踪汽车行驶工况的ICE-ORC系统控制器设计

4．1 引言

4．2．1 跟踪汽车行驶工况的ICE-ORC控制系统基本结构

4．2．2 控制目标

4．3 控制方案设计

4．3．1 被控对象(ORC系统模型)

4．3．2 前期准备(训练SVM)

4．3．3 基于LMI的预见控制算法设计

4．4 仿真测试

4．5 本章小结

第5章 基于机器学习算法的ORC系统故障分类

5．1 引言

5．2 ORC系统故障描述

5．2．1 传感器故障

5．2．2 换热器故障

5．2．3 工质泵故障

5．2．4 膨胀机故障

5．2．5 故障选取

5．3 基于机器学习算法的故障分类

5．3．1 超限学习机

5．3．2 K最近邻分类算法

5．4 仿真结果分析

5．5 本章小结

6．1 全文总结

6．2 存在的问题及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢