[01077632]氢发动机异常燃烧信号分析及先进控制技术研究

该研究成果是在完成中国博士后科学基金(编号：2002032230，2002年同批工程热物理一级学科全国资助4人)、美国GM-国家自然科学基金(编号：50322262，全国资助7人)、河南省科技计划(编号：0424440049)、清华大学汽车安全与节能国家重点实验室开放基金(KF2006-01)以及河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目(教高[2007]335号-88)等国家及省部级纵向课题过程中所取得。研究成果构建起的氢燃料发动机优化控制理论与技术体系将为有效抑制异常燃烧、实现高效低排污的燃烧奠定理论与技术基础。21世纪，世界各国将共同面临环境污染加剧和石油资源短缺的严峻挑战，氢能作为一种清洁、高效、可持续的能源，被视为本世纪最具前景的汽车发动机代用燃料。同样可贵的是现有燃烧石油燃料的汽车发动机，稍加改动就可以燃烧氢。因此，氢燃料汽车必将受到汽车制造商的青睐而进入市场，其应用前景广阔而深远。项目主要内容有：分析与研究了氢发动机压缩比、过量空气系数/当量比、压力升高率、氢气的流量、点火提前角、喷氢正时、转速等运转参数和结构参数与发动机动力性、经济性及排放特性的关系，这些研究深化了氢发动机燃烧规律的认识，为合理组织燃烧过程奠定了基础。分析了异常燃烧机理，影响异常燃烧的主要因素，以及几种异常燃烧之间的转化关系，并提出了异常燃烧的抑制技术。基于氢发动机燃烧压力信号具有非平稳时变特性，包含了丰富的燃烧信息。基于小波分析方法研究氢发动机异常燃烧的特征，建立了异常燃烧精细的诊断方法。为氢发动机异常燃烧故障进行早期鉴别性诊断奠定了基础。从优化控制思想、优化控制策略、优化控制模型与求解方法、优化控制技术等方面构建起氢燃料发动机的优化控制理论与技术体系。提出氢发动机分段多目标优化控制思想与优化控制策略。建立了氢发动机最优控制模型。提出了以模糊神经网络求解最优控制模型的新思想，进行了求解方法的设计。首次建立了以模糊神经网络控制器和点火提前角转速自适应控制器串联组成的开闭环相结合的双模式控制系统，进行了电控系统软硬件的设计，实现了对控制变量的分级控制(粗控和精控)。在2007年12月以前发表相关论文14篇，9篇被SCI等三大索引收录，论文被国外学者发表在本学科国际顶级学术期刊《PROGRESSINENERGYANDCOMBUSTIONSCIENCE》上的论文以及国外专著等引用，也被国内清华大学、上海交大、西安交大等高校的长江学者，教授等引用。针对氢发动机在多工况、多目标、多变量、多约束的情况下求解点火正时、喷氢正时等最优化控制问题，基于非线性规划理论，并与多目标遗传算法相结合，研究并解决了该优化控制问题的集成化问题。研究成果分别发表在《Int.J.HydrogenEnergy》上(2008，33(22)：6780-6791、2010，35(7)：2747-2753)项目组成员发表相关研究论文30余篇。其中在本学科国际顶级学术期刊《Int.J.HydrogenEnergy》(5年平均影响影子4.028，列能源大类(ENERGY&FUELS)61种SCI期刊第3位，氢能领域第1位)发表系列论文5篇，是国内在该期刊发表该领域论文最多的作者之一。18篇被SCI等三大索引收录，