自由活塞式内燃发电机稳定运转机理及控制策略研究

自由活塞式内燃发电机（FPELG）是在节能减排国际形势下，于近十余年来起步研究的新型动力形式。尽管具有能量转换效率高、燃料适用性好等潜在优势，但工作原理也决定了FPELG具有运转不稳定、对失火敏感等特性，影响了其进一步发展。课题组拟在前期理论和实验研究基础上，对FPELG稳定运转机理开展进一步系统、深入研究，并探索引入电惯性提高FPELG系统稳定运行能力的理论与方法。具体研究内容有：（1）建立以提高稳定运转性能为目标的FPELG燃烧、工作过程、动力学及电磁学耦合非线性理论模型，系统研究影响FPELG稳定运转的影响因素及内在关系；（2）研究可控电惯性的实现原理与途径，结合FPELG稳定运转机理，探寻电惯性设计域映射参数对FPELG稳定运转及其他性能的影响规律，并获得FPELG稳定运转控制策略。本项目将从机理与实践两方面解决FPELG稳定运转问题，推动我国在该新型概念动力领域的研究水平。

自由活塞式内燃发电机（Free Piston Engine Linear Generator, FPELG）具有能量转换效率高、结构紧凑、燃料适用性好等潜在优点，在混合动力车辆中具有良好的应用前景。但工作原理也决定了FPELG具有运转不稳定、对失火敏感等特性，影响了其进一步发展。本课题围绕FPELG稳定运转机理开展了系统、深入的研究，提出通过引入电惯性提高FPELG系统稳定运行能力的理论与方法。具体研究内容与主要结论为：（1）建立了考虑多场耦合及非线性因素的FPELG稳定工作过程理论模型，并从系统能量转换与平衡角度出发，补充完善系统稳定运行机理模型，获得了FPELG工作过程模拟与稳定运行表征模型体系。（2）基于FPELG理论模型，研究得到了FPELG稳定运行机理与重要影响因素，提出了FPELG不连续运转倾向表征及通过等效电惯性提高系统稳定运行性能的方法。在此基础上，实现了等效电惯性自理论层面向物理实现层级的映射，通过数值模拟与实验验证，获得了满足维稳要求的电惯性时变规律及其响应速度。（3）以电机参数控制电惯性变化为实现途径，在对可控性及响应速度开展验证工作的基础上，提出了考虑电惯性特征的FPELG稳定运转控制策略。利用所搭建的FPELG试验样机及其测试平台，课题组对系统稳定运行发电特性和基于等效电惯性的控制方法进行了试验研究与验证，有效支撑了通过引入电惯性增加FPELG系统运行稳定性的相关理论与方法。