煤层气发动机供气系统流量控制策略研究.pdf

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1、第28卷第1I期计算机仿真2011年11月文章编号：1006-9348(2011)1l-0179—06煤层气发动机供气系统流量控制策略研究高松，郎华，谭德荣，王洪佩(山东理工大学交通与车辆【程学院，山东淄博255049)摘要：研究煤层供气系统稳定性优化控制问题，为消除煤层气浓度扰动对煤层气发动机空燃比控制稳定性差，以及甲烷浓度传感器信号响应存在的滞后，提出了一种煤层气发动机供气系统流量控制方案。通过供气管道优化设计与甲烷浓度传感器合理布置，减小了甲烷传感器信号响应滞后带来的不利影响。通过建立煤层气发动机供气系统流鬣控制模型，并分别对增量式PID和模糊PID的煤层气发动机供气系

2、统流茸控制策略进行仿真。仿真结果表明，模糊PID控制策略控制性能更好。控制效果更理想、鲁棒性更强，较好地解决了存在煤层气浓度扰动时的供气系统流量控制问题。关键词：煤层气发动机；流量控制；大纯滞后中图分类号：TK431；TP391．9文献标识码：AStudyonFlowControlStrategyofGasSupplySystemforCoal-bedGasEngineGAOSong，LANGHua，TANDe-rong，WANGHong—pei(SchoolofTragicandVehicleEngineering，ShandongUniversityofTechnolog

3、y，ZiboShanxi255049，China)ABSTRACT：Inordertoeliminatetheadverseeffectsofcoal-bedgasconcentrationdisturbancetocoal-bedgasen-ginealr-fuleratiocontrolandthelargepuretime-delayexistedinsignalresponseofmethanetransducer，aflowcon—trolplanWasproposedforgassupplysystemofcoal-bedgasengine．Byoptimizin

4、gthegaspipelinedesignandmeth·lilletransducerplacement，theadverseeffectsproducedbythemethanetransducersignalresponseweredecreased．Basedonthis，theflowcontrolmodelofgassupplysystemforcoal-bedgasenginewasbulit，andtheflowcontrolstrategyofgassupplysystembasedonincrementalPIDcontrolandfuzzy-PIDcon

5、trolwereresearchedandsimulated．ThesimulationresultsshowthatfuzzyPIDcontrolstrategyhasbettercontrolperformance，optimalcontroleffectandstrongerrobustness，andtheflowcontrolproblemofthegassupplysystemcasuedbycoal-bedgasconcentrationdis-turbanceiswellsolved．KEYWORDS：Coal-bedgasengine；Flowcontrol

6、；Largepuretime-delayl引言煤层气俗称瓦斯，是煤矿采煤过程中伴生的一种高热值可燃清洁能源，其主要成分为甲烷，它的温室效应危害程度是cO：的2l倍之多【1。1。因此，煤层气的开发和利用具有巨大的潜在经济效益和环境保护效益。目前煤层气发电技术已成为煤层气开发利用的主要途径之一，并已被众多煤矿所广泛应用。而煤层气发动机是矿区煤层气发电机组的核心组件之一。由于煤矿中存在的煤层气浓度受煤层地质结构的影响，所以随着采煤作业面的改变煤层气浓度会随之产生变化。加之煤层气发动机供气管道甲烷浓度传感器信号响应过程存在较大的时间滞后。因此，必须提前对混合器之前的基金项目：山东省自

7、然科学基金项目(ZR2009FM029)收稿日期：2010-1l一27煤层气进气流量进行控制，以消除煤层气浓度扰动和传感器大滞后时间对发动机空燃比控制产生的不利影响。为此，本文制定了合理的煤层气发动机供气系统流量控制方案，通过供气管道优化设计减小甲烷浓度传感器信号响应时滞带来的不利影响，并根据煤层气浓度扰动提前调节供气系统流茸。这为抑制煤层气发动机空燃比波动和保证发动机稳定运行奠定了基础。2煤层气发动机供气系统流量控制方案由于煤层气供气管道甲烷浓度传感器信号处理存在较大的时间滞后，一般都在20s以上。当