CN114352402B - 一种增压器自适应控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增压器自适应控制系统,包括传感器系统、储能配电系统以及控制计算系统;传感器系统获取柴油机传感器的工作参数并传递给控制计算系统,控制计算系统根据柴油机控制指标基于效率最优解算出压气机和涡轮的工作转速,并把工作转速转换成压气机电机和涡轮发电机所需的电参数;储能配电系统根据控制计算系统提供的电参数,调整变压器输出电参数和整流器输入电参数,并将蓄电池中的电能以规定的电参数传输至压气机电机驱动压气机至规定转速,同时按照规定的电参数回收涡轮发电机的能量并储存至蓄电池,并实时监控压气机和涡轮的工作状态。本增压器自适应控制系统具有提高分置式增压系统效率、提高能源回收率和降低柴油机油耗的优点。
Description
技术领域
本发明涉及船用增压器技术领域,特别是涉及一种增压器自适应控制系统。
背景技术
增压器作为柴油机的附属部件,负责为柴油机提供合适充足的空气,为了进一步提高增压器和柴油机的效率,作者提出分置式增压系统,将增压器中的压气机和涡轮分开布置由独立的电机驱动压气机和回收涡轮产生的能量,而不是按照传统方式将压气机和涡轮通过轴连接。为了进一步提高分置式增压系统的效率,降低柴油机的油耗,需要对压气机和涡轮的工作特性进行研究,并结合柴油机工作需求和控制器特性提出了适用于分置式增压系统的控制流程和控制方法。
发明内容
针对上述现有技术的不足,本专利申请所要解决的技术问题是如何提供一种提高分置式增压系统效率、提高能源回收率和降低柴油机油耗的增压器自适应控制系统。
为了解决上述技术问题,本发明采用了如下的技术方案:
一种增压器自适应控制系统,包括传感器系统、储能配电系统以及控制计算系统;
所述传感器系统包括压气机传感器、涡轮传感器和柴油机传感器;
所述储能配电系统包括蓄电池、变压器和整流器;
所述传感器系统获取柴油机传感器的工作参数并传递给控制计算系统,所述控制计算系统根据柴油机控制指标基于效率最优解算出压气机和涡轮的工作转速,并把工作转速转换成压气机电机和涡轮发电机所需的电参数;
储能配电系统根据控制计算系统提供的电参数,调整变压器输出电参数和整流器输入电参数,并将蓄电池中的电能以规定的电参数传输至压气机电机驱动压气机至规定转速,同时按照规定的电参数回收涡轮发电机的能量并储存至蓄电池,并实时监控压气机和涡轮的工作状态。
一种增压器自适应控制系统,包括以下步骤:
S1:对柴油机工作参数、压气机工作参数和涡轮工作参数进行状态监测对比,看其是否满足柴油机的工作需求,若满足,则进入步骤S2:若不满足,则进入步骤S3;
S2:根据压气机和涡轮的性能数据判断压气机和涡轮是否工作效率在最高点,若在最高点,则进入步骤S6,如果不在最高点,则进行效率插值寻优:
S3:根据压气机性能数据,利用压气机性能图插值提取满足柴油机需求的压气机工作点群,进行效率插值寻优;
S4:效率插值寻优,解算出最优点压气机电机和涡轮发电机的供输电电压和频率;
S5:调整储能配电系统供电电压和频率,电机驱动压气机至规定转速;调整醇能配电系统的整流吸收功率,发电机调整涡轮发电机至规定转速;
S6:判断压气机和涡轮是否满足柴油机需求且效率最优,如果是,则结束,如果不是则进行效率插值寻优。
其中,所述效率最优解采用效率插值寻优算法,所述效率寻优算法包括以下步骤:
A1:导入所有数据点并依次进行编号;
A2:设定数据点1为最优效率零点,并将最优效率零点与相邻后置数据点的数据点2进行比较;
A3:判断相邻的后置数据点是否优于最优效率零点,若是,将最优效率零点修正为相邻的后置数据点,若否,则将最优数据零点按照步骤A1中的编号顺序依次与后置数据点比较,直至编号为n的数据点n优于效率零点,则将最优效率零点修正为后置数据点的数据点n;
A4:重复步骤A2和A3,将修正的新的最优效率零点与相邻得到后置数据点进行比较,并沿用步骤A3的判断方式进行判断,直至所有数据点比对完成,修正的最优数据零点标记为最优数据点;
A5:判断最优数据点是否优于所有数据点,若是则进入步骤A6,若否,返回步骤A2;
A6:将最优数据点转速输出至控制计算系统。
综上,本增压器自适应控制系统可以通过控制压气机和涡轮的电机的输入电参数,改变压气机和涡轮的工作点,使增压器工作在较高效率区,从而改善增压器和柴油机的匹配程度,从而降低柴油机油耗和提高柴油机及增压器效率。
附图说明
图1为本发明所述的一种增压器自适应控制系统的示意图。
图2为本发明所述的一种增压器自适应控制系统的控制流程图。
图3为本发明所述的一种增压器自适应控制系统的效率最优算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。在本发明的描述中,需要理解的是,方位词如“上、下”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,在未作相反说明的情况下,这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明保护范围的限制;方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
如图1所示,一种增压器自适应控制系统,包括传感器系统、储能配电系统以及控制计算系统4;
所述传感器系统包括压气机传感器2、涡轮传感器3和柴油机传感器1;
所述储能配电系统包括蓄电池5、变压器6和整流器7;
所述传感器系统获取柴油机传感器的工作参数并传递给控制计算系统,所述控制计算系统根据柴油机控制指标基于效率最优解算出压气机和涡轮的工作转速,并把工作转速转换成压气机电机和涡轮发电机所需的电参数;
储能配电系统根据控制计算系统提供的电参数,调整变压器输出电参数和整流器输入电参数,并将蓄电池中的电能以规定的电参数传输至压气机电机驱动压气机至规定转速,同时按照规定的电参数回收涡轮发电机的能量并储存至蓄电池,并实时监控压气机和涡轮的工作状态。
如图2,一种增压器自适应控制系统,包括以下步骤:
S1:对柴油机工作参数、压气机工作参数和涡轮工作参数进行状态监测对比,看其是否满足柴油机的工作需求,若满足,则进入步骤S2:若不满足,则进入步骤S3;
S2:根据压气机和涡轮的性能数据判断压气机和涡轮是否工作效率在最高点,若在最高点,则进入步骤S6,如果不在最高点,则进行效率插值寻优:
S3:根据压气机性能数据,利用压气机性能图插值提取满足柴油机需求的压气机工作点群,进行效率插值寻优;
S4:效率插值寻优,解算出最优点压气机电机和涡轮发电机的供输电电压和频率;
S5:调整储能配电系统供电电压和频率,电机驱动压气机至规定转速;调整醇能配电系统的整流吸收功率,发电机调整涡轮发电机至规定转速;
S6:判断压气机和涡轮是否满足柴油机需求且效率最优,如果是,则结束,如果不是则进行效率插值寻优。
其中,所述效率最优解采用效率插值寻优算法,如图3,所述效率寻优算法包括以下步骤:
A1:导入所有数据点并依次进行编号;
A2:设定数据点1为最优效率零点,并将最优效率零点与相邻后置数据点的数据点2进行比较;
A3:判断相邻的后置数据点是否优于最优效率零点,若是,将最优效率零点修正为相邻的后置数据点,若否,则将最优数据零点按照步骤A1中的编号顺序依次与后置数据点比较,直至编号为n的数据点n优于效率零点,则将最优效率零点修正为后置数据点的数据点n;
A4:重复步骤A2和A3,将修正的新的最优效率零点与相邻得到后置数据点进行比较,并沿用步骤A3的判断方式进行判断,直至所有数据点比对完成,修正的最优数据零点标记为最优数据点;
A5:判断最优数据点是否优于所有数据点,若是则进入步骤A6,若否,返回步骤A2;
A6:将最优数据点转速输出至控制计算系统。
在柴油机运行过程中,增压器自适应控制系统接收到传感器传递的压气机、涡轮、柴油机的工作状态参数,与柴油机控制系统需求的压气机出口压力流量、涡轮进口温度进行对比,确认是否满足柴油机工作需求,如果满足柴油机工作需求则根据压气机涡轮性能图判断压气机涡轮是否工作在最高效率点,判断为真则表明此时压气机涡轮均工作在最佳工作点,无需对压气机涡轮工作状态进行调整;如果判断为假,则表明压气机涡轮未工作在最佳工作点,需要进行调整,按照效率寻优流程图进行效率寻优。如果对压气机涡轮的状态监测结果表征无法满足柴油机工作需求,则先需要根据压气机性能图插值提取满足满足柴油机工作需要的压气机点群,然后按照效率寻优流程图进行寻优,对所能满足柴油机工作需求的压气机涡轮工作点进行效率比对,选择最高效率的工作点作为压气机涡轮调整后的工作点。一般来说,当电机制造出来时并投入运行后,电机转速和输入电机的电压、频率存在一一对应的关系,因此将其对应参数储存于控制计算系统中,在效率寻优确定最佳转速后查表得到压气机电机的工作电压和频率以及涡轮电机输出电压和频率,然后将得到的参数传递给储能配电系统,调整储能配电系统给压气机电机供电的电压和频率,压气机电机驱动压气机至最佳工作转速;调整发电机输出参数,使涡轮转速调整至最佳工作转速。压气机涡轮的工作状态调整完成并稳定运行时,对其工作状态持续进行监测当发现压气机涡轮不能满足柴油机需求或未在最佳工作状态时控制系统重新进行调整,当达到相关需求时,控制系统控制过程结束。
最后应说明的是:本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等统计数的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型。
Claims (2)
1.一种增压器自适应控制系统,其特征在于,包括传感器系统、储能配电系统以及控制计算系统;
所述传感器系统包括压气机传感器、涡轮传感器和柴油机传感器;
所述储能配电系统包括蓄电池、变压器和整流器;
所述传感器系统获取柴油机传感器的工作参数并传递给控制计算系统,所述控制计算系统根据柴油机控制指标基于效率最优解算出压气机和涡轮的工作转速,并把工作转速转换成压气机电机和涡轮发电机所需的电参数;
储能配电系统根据控制计算系统提供的电参数,调整变压器输出电参数和整流器输入电参数,并将蓄电池中的电能以规定的电参数传输至压气机电机驱动压气机至规定转速,同时按照规定的电参数回收涡轮发电机的能量并储存至蓄电池,并实时监控压气机和涡轮的工作状态;
S1:对柴油机工作参数、压气机工作参数和涡轮工作参数进行状态监测对比,看其是否满足柴油机的工作需求,若满足,则进入步骤S2:若不满足,则进入步骤S3;
S2:根据压气机和涡轮的性能数据判断压气机和涡轮是否工作效率在最高点,若在最高点,则进入步骤S6,如果不在最高点,则进行效率插值寻优:
S3:根据压气机性能数据,利用压气机性能图插值提取满足柴油机需求的压气机工作点群,进行效率插值寻优;
S4:效率插值寻优,解算出最优点压气机电机和涡轮发电机的供输电电压和频率;
S5:调整储能配电系统供电电压和频率,压气机电机驱动压气机至规定转速;调整储能配电系统的整流吸收功率,涡轮发电机调整涡轮发电机至规定转速;
S6:判断压气机和涡轮是否满足柴油机需求且效率最优,如果是,则结束,如果不是则进行效率插值寻优。
2.根据权利要求1所述的一种增压器自适应控制系统,其特征在于,所述效率最优解采用效率插值寻优算法,所述效率寻优算法包括以下步骤:
A1:导入所有数据点并依次进行编号;
A2:设定数据点1为最优效率零点,并将最优效率零点与相邻后置数据点的数据点2进行比较;
A3:判断相邻的后置数据点是否优于最优效率零点,若是,将最优效率零点修正为相邻的后置数据点,若否,则将最优数据零点按照步骤A1中的编号顺序依次与后置数据点比较,直至编号为n的数据点n优于效率零点,则将最优效率零点修正为后置数据点的数据点n;
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A6:将最优数据点转速输出至控制计算系统。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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