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燃气发动机空燃比控制系统研究与开发

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山东理工大学硕士学位论文燃气发动机空燃比控制系统研究与开发RESEARCH AND DEVELOPMENT ON AIR-FUEL RATIOCONTROL SYSTEM OF GAS ENGINE研究生： 李 光 举 指导教师： 高 松 教 授申请学位门类级别： 工 学 硕 士 学科专业名称： 载运工具运用工程研究方向： 内燃机性能优化与控制论文完成日期： 2008年4月30日单位代码：10433 学 号：Y0502063密 级：分类号：U464独 创 性 声 明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得山东理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

研究生签名：时间：年月日关于论文使用授权的说明本人完全了解山东理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅；学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。

研究生签名：时间：年月日导师签名：时间：年月日本页已使用福昕阅读器进行编辑。

福昕软件（Ｃ）２００５－２０１０，版权所有，仅供试用。

山东理工大学硕士学位论文摘要摘 要本文首先分析了燃气发动机及其空燃比控制技术的发展背景和意义，介绍了燃气发动机及其空燃比控制技术的发展现状，针对燃气发动机空燃比控制方面存在的问题，提出了本文的主要研究内容。

论文研究了8300型气体发动机及煤层气的特点，提出了基于CMAC神经网络和PID并行控制的燃气发动机空燃比控制系统的总体设计方案，并通过Simulink仿真分析，证明了该方案的可行性。

文中详细介绍了硬件的设计方案及其工作原理，包括可编程控制器（PLC）及其扩展模块的选型、传感器的选择、步进电机及驱动器的选择、信号采集与处理电路、步进电机驱动电路、键盘电路、报警电路、显示电路及电源电路等；同时详细介绍了软件的设计及实现方法，包括主程序、初始化子程序、数据采集模块、高速计数器（HSC）子程序、脉冲串（PTO）子程序、显示模块、报警模块、按键操作模块及空燃比控制模块等。

在系统的研究开发过程中，考虑到外界干扰因素的影响，在硬件和软件的设计中采取了有效的抗干扰措施。

最后对设计好的控制系统进行了调试，包括系统的硬件调试、软件调试及现场联机调试。

该系统实现了燃气发动机空燃比的自动控制，同时能够监视发动机的运行状况，在机器出现故障时能及时报警。

调试结果表明所开发的空燃比控制系统达到了预期的目标。

关键词：燃气发动机；空燃比控制；小脑模型神经网络（CMAC)；并行控制AbstractIn this thesis, the developing background, the significance and the research actualities of gas engine and the technology of air-fuel ratio control are introduced firstly. And then, aimed at the existent problems of air-fuel ratio control of gas engine, the main contents of the article are put forward.Researched on the characteristics of 8300-type gas engine and coal bed methane, the general plan of the system based on CMAC and PID parallel control is brought forward, which is proved to be feasible through simulation and analysis.The design project and the principle of the hardwares are illustrated in detail, including the selection of the programmable logical controller, extension modules, the sensors, stepping motor and the driver, and, the design of the collected and processed signals circuit, stepping motor drived circuit, the keyboard circuit, the alarm circuit, display circuit and the power supply circuit, etc. At the same time, design and realization of the softwares are specified, including the main program, the initialized subroutine, the HSC subroutine, the PTO subroutine, the display module, the alarm module, the keyboard operated module and the air-fuel ratio control module, etc. Considering the influence of the outside interferences, effective anti-interference measures are taken to the hardwares and the softwares.In the end, the accomplished control system is debugged including the hardwares debugged, the softwares debugged and online debugged. Autocontrol of air-fuel ratio of gas engine can be realized by the system. Moreover, the operation status of the engine can be real-time monitored, so alarm will be given while the system has faults. The results of debugging show that the expectant target is obtained.Key words: Gas engine; Air-fuel ratio control; Cerebellar model articulation controller (CMAC); Parallel control目 录摘 要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)目 录 (Ⅲ)第一章 绪论 (1)1.1 课题背景及其研究意义 (1)1.2 国内外研究现状 (3)1.2.1 气体燃料发动机的国内外研究状况 (3)1.2.2 发动机空燃比控制技术的国内外研究现状 (4)1.3主要研究内容 (6)1.4 本章小结 (6)第二章 燃气发动机空燃比控制系统总体设计方案及控制策略研究 (7)2.1 8300型气体发动机简介 (7)2.2 空燃比控制系统设计方案 (7)2.2.1 控制系统作用 (7)2.2.2 控制系统的设计方案 (8)2.3 控制系统的控制策略研究 (8)2.3.1 PID控制概述 (9)2.3.2 CMAC神经网络 (10)2.3.3 CMAC神经网络与PID并行控制 (12)2.3.4 控制策略及仿真 (14)2.4 本章小结 (16)第三章 燃气发动机空燃比控制系统硬件设计 (17)3.1 控制器的选择 (17)3.2 传感器的选择 (17)3.2.1 压力传感器 (17)3.2.2 转速传感器 (19)3.2.3 甲烷传感器 (19)3.2.4 氧传感器 (19)3.2.5 电位器式位移传感器 (19)3.2.6 热电偶 (20)3.3 步进电机及驱动器的选择 (20)3.3.1 5700系列混合式直线步进电机 (20)3.3.2 M542驱动器 (20)3.4 硬件电路设计 (21)3.4.1 输入信号调理电路 (21)3.4.2 发动机转速测量电路 (22)3.4.3 步进电机驱动电路 (22)3.4.4 键盘电路 (23)3.4.5 报警电路 (23)3.4.6 显示电路 (24)3.4.7 电源电路 (25)3.5 硬件抗干扰设计 (25)3.6 本章小结 (26)第四章 燃气发动机空燃比控制系统软件设计 (27)4.1开发环境简介 (27)4.1.1 编程软件的功能 (27)4.1.2 项目的组成 (28)4.1.3 程序的编写与传送 (29)4.1.4 用编程软件监视与调试程序 (31)4.2控制系统资源分配 (33)4.2.1 输入输出信号资源分配 (33)4.2.2 数据存储器资源分配 (34)4.3 控制系统软件设计 (34)4.3.1 主程序 (35)4.3.2 初始化子程序 (35)4.3.3 数据采集模块 (35)4.3.4 高速计数器（HSC）子程序 (37)4.3.5 脉冲串（PTO）子程序 (38)4.3.6 显示模块 (39)4.3.7 报警模块 (40)4.3.8 功能按键操作模块 (40)4.3.9 空燃比控制模块 (41)4.4 软件抗干扰设计 (42)4.5 本章小结 (45)第五章 燃气发动机空燃比控制系统的调试 (47)5.1调试的作用 (47)5.2调试的方案 (47)5.3调试的设备 (47)5.4调试的过程 (47)5.4.1硬件调试 (47)5.4.2软件调试 (49)5.4.3联机调试 (50)5.5 本章小结 (51)第六章 总结与展望 (53)6.1 总结 (53)6.2 展望 (53)致 谢 (55)参考文献 (56)攻读硕士学位期间发表的论文和参与的科研项目 (59)第一章 绪 论1.1 课题背景及其研究意义能源是人类社会发展的物质基础，是经济增长和发展的前提，是国家经济安全发展的保障。

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天然气发动机空燃比的复合控制系统研究

天然气发动机空燃比的复合控制系统研究


三 、结束语
天 然 气 发 动 机 空 燃 比偏 离 理 论 空 燃 比 （ 过 浓 或 者 过 稀 ） 不 仅 影 响发 动机 的工 作 性 能 ，同时 还 影 响发 动机 污 染 物 （ Ｃ Ｏ、 ＨＣ 及Ｎ Ｏ ｘ）的生 成 量 ，需要 提高 空燃 比的控制 精 度 。为此本 文设 计 了可 以综 合 考虑发 动机 瞬态 工况 和稳态 工
了较为理想 的发动机 空燃 比控制效果 。发动机 台架试验 时选取
本 文 以通过 三元 催 化转 化装 置净 化 Ｃ Ｏ／ ＨＣ ／ ｍ 的稳定 工况 、节气 门位 置 由打开到关 闭 的
突变及节气 门打开并 维持 一定时间后突然 回到 怠速位 置的过渡
方法 。复合控制系统 中的三个控制器分别基于不同的输入量
对基 本 喷气量 进行 修正 以实 现天然 气发 动机 空燃 比的鲁棒 自
适应 比控制 。
机怠速稳态时 ，Ｃ Ｏ 体积分数小于０ ． ２ ６ ％、Ｈ Ｃ 体积分数小于
２ ５ Ｘ １ ０ ～ ，Ｎ Ｏ ｘ 体积 分数 小于 ６ ０ × ０ 。 ，而 上述 两个过 渡工 况 下有 复合 空燃 比控制 系统 的排 放峰值 对 比如表 一 。可见采 用
所 设计 的复 合空燃 比控制 系统后 ，稳 态及 过渡 工况 下天然 气
自适应 模 糊 前 馈 控 制 器根 据 发 动 机 进入 瞬态 工 况 时节
气 门位置 变化 量 （ △Ｔ Ｐ Ｓ）和转 速变 化量 （ △Ｒ Ｐ Ｍ ），相 应
地增 加或 减少 燃气 的修 正量 以修 正基本 燃气 量 ，以保证 瞬态 工况 下 系统 的响应性 和 实 际空燃 比在理 论 空燃 比附近 小 幅波
发动机 排放性得 到 了极 大地改 善 ，污染 物排放 减少 了近半 。
燃气发电机组的应用与空燃比控制

燃气发电机组的应用与空燃比控制

燃气发电机组的应用与空燃比控制本文主要介绍了以沼气为燃料的燃气发电机组工作原理，混合器组成结构及空燃比控制等。

燃气发电机组使用燃气发动机为固定动力源，混合器是燃气发动机的重要部件，它能有效控制燃气的空燃比。

研究燃气发动机空燃比控制对排放有着积极的意义。

下面对燃气发电机组工作原理和空燃比控制作详细评述。

1燃气发电机组工作原理燃气发电机组是以燃气机发动机驱动发电机发电，燃气发动机采用低压喷射供气方式主要用在压缩比低的点燃式气体燃料发动机上。

工作原理：它分为四冲程、点燃式、水冷高速机。

燃气发动机为直列型，气缸体底部安装铸铁油底壳，气缸中安装有盆形燃烧室的活塞连杆，机体主轴承孔中安装有带滚动主轴承的盘形组合式曲轴，体积右侧(面向飞轮端看)内部配置有凸轮轴和配气机构，发动机前端齿轮室内布置有传动机构，左侧安装有点火系统、电子调速系统、进气系统，右侧安装有排气管、机油滤清器、机油冷却器、起动电机和充电发电机，水泵安装在前端，机油泵安装在油底壳内机体前端部位。

发动机工作原理：燃气发动机的工作过程可大致分为四个冲程，其顺序为：进气冲程、压缩冲程、作功冲程、排气冲程。

(1)进气冲程。

在进气冲程中，连杆带动活塞下行，进气门开启，排气门关闭。

经空气滤清器过滤的空气和沼气通过混合器均匀混合后，被吸入气缸，下行的活塞到达下止点时，气缸内部充满混合气。

(2)压缩冲程。

曲轴在飞轮惯性作用下被带动旋转，通过连杆推动活塞由下止点向上止点运动，同时进排气门关闭，混合气被压缩。

(3)作功冲程。

活塞运动到上止点时，火花塞在点火信号发生器和点火线圈所产生的高压电流作用下产生火花，点燃气缸内的沼气。

燃烧时产生的高温、高压气体推动活塞下行，通过连杆带动曲轴旋转，对外作功传递扭矩。

(4)排气冲程。

活塞从下止点往上止点运动，此时排气门打开，进气门关闭。

汽缸内燃烧后的废气被活塞推出，沿排气道排出气缸外。

2燃气发电机组组成燃气发电机组由燃气供给系统，电子调速系统，点火系统，控制系统等组成。

燃气机组空燃比优化研究

燃气机组空燃比优化研究

燃气机组空燃比优化研究发表时间：2016-04-29T11:26:29.630Z 来源：《电力设备》2015年第11期供稿作者：胡泽银[导读] 杭州市环境集团有限公司与传统的汽油机相比，燃气机的最大优点就是低污染性。

（杭州市环境集团有限公司 310022）摘要：与传统的汽油机相比，燃气机的最大优点就是低污染性，然而。

作为我们公司现在使用的燃气发电机,由于天然气发动机在机械结构和空燃比控制策略等方面与汽油机或柴油机有较大差异，针对天然气发动机进行研究是非常有必要的。

瞬态工况在发动机整个运行工况中占有很大比例，由于发动机工况变化快，很难对瞬态空燃比进行精确的控制，因此它是空燃比控制的核心与难点。

而且填埋气体的特点就是浓度、温度、成分不稳定，这样就会导致进气不稳定，从而影响发电效率。

关键词：燃气机；热负荷预测；智能与优化控制1引言随着燃气发电产业的不断发展，用户对燃气发电机组的自动控制水平要求也越来越高，而国内的燃气发电机组自动控制系统都处在发展阶段，自动控制系统也不完善，基本都是根据单一条件的反馈来控制空燃比的，没有建立在机组运行时的综和参数之上，因此，今后燃气发电机组的智能化控制将是各燃气机企业竞争的重点。

2 燃气机特点与供热对象分析 2.1 燃气机特点与要求通过燃烧天然气或人工煤气产生动力做功，可用于推动汽车及轮船行走和驱动发电机发电。

其优点在于比柴油机或汽油机更加清洁、环保。

可以取代柴油机和汽油机，现广泛应用于公共交通、油田发电等领域。

2.2 发电原理通过燃烧天然气或人工煤气产生动力做功，可用于推动汽车及轮船行走和驱动发电机发电。

其优点在于比柴油机或汽油机更加清洁、环保。

可以取代柴油机和汽油机，现广泛应用于公共交通、油田发电等领域。

通过涡轮驱动的属于外燃机，而通过曲柄驱动的属于内燃机。

3 控制方案与实施3.1控制系统要求3.1.1程序控制在燃气机的开停炉过程中，如果操作不当，很易造成燃气机爆炸等事故。

发动机精确空燃比控制方法的研究

发动机精确空燃比控制方法的研究

发动机精确空燃比控制方法的研究发动机精确空燃比控制方法的研究1. 引言发动机作为汽车、飞机等交通工具的核心部件，其燃烧过程的效率对于车辆的性能和环境保护都具有重要意义。

而空燃比控制作为发动机燃烧过程中的关键技术，对于提高发动机燃烧效率、降低尾气排放、延长发动机寿命等方面具有重要作用。

在本文中，将从深度和广度两个层面综合探讨发动机精确空燃比控制方法的研究。

2. 空燃比控制的概念和意义2.1 空燃比的定义和作用空燃比是指发动机燃烧室内燃料和空气的混合比例，是燃烧过程中的关键参数之一。

2.2 空燃比对发动机性能和环保的影响不同的空燃比会直接影响发动机的燃烧效率和尾气排放，因此精确控制空燃比对于提高发动机性能和减少环境污染具有重要意义。

3. 发动机精确空燃比控制方法的研究3.1 传统的空燃比控制方法传统的空燃比控制方法主要包括氧传感器反馈控制、质量空气流量传感器控制等。

3.2 基于模型的空燃比控制方法利用发动机数理模型进行空燃比控制，可以提高控制精度和响应速度。

3.3 先进的空燃比控制方法使用先进的控制算法和传感器技术，如模糊控制、神经网络控制等，可以实现更加精确的空燃比控制。

4. 发动机精确空燃比控制方法的价值和前景4.1 价值精确空燃比控制可以提高发动机的工作效率，降低燃料消耗和尾气排放。

4.2 前景随着先进控制算法和传感器技术的不断发展，空燃比控制的精度和可靠性将得到进一步提升。

5. 个人观点和理解在我看来，发动机精确空燃比控制方法的研究是非常有意义的。

通过不断优化空燃比控制技术，可以实现更加高效、环保的发动机性能，为汽车工业和环境保护作出积极贡献。

6. 总结本文从定义和意义、研究方法、价值和前景等角度综合探讨了发动机精确空燃比控制方法的研究。

通过本文的阅读，希望读者能对这一主题有一个全面、深入和灵活的理解。

通过本文的撰写，我对发动机精确空燃比控制方法有了更深入的了解，并且能够更加灵活地运用这一知识点。