[发明专利]自由活塞直线发电机运动特性仿真分析方法及系统

说明书

本发明提供了一种自由活塞直线发电机运动特性仿真分析方法及系统，根据FPLG系统受力特点，基于动力学原理，建立FPLG动子运动特性仿真模型，并根据FPLG系统结构及工作原理，分析模型参数设置方法，分析不同工况运动特性模拟的加载条件，最后，对结果提取及分析方法进行研究。本发明能够有效解决目前FPLG实验成本高、实施困难的问题，通过该仿真方法的分析，能够获得FPLG系统运动特性及影响运动特性的参数和影响规律，计算过程快捷方便。

技术领域

本发明属于自由活塞直线发电机技术领域，具体涉及一种自由活塞直线发电机运动特性仿真分析方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

自由活塞直线发电机(FPLG)通过电机将内燃机燃烧产生的热能转换为电能输出，可替代增程式混合动力汽车的辅助动力单元，自由活塞直线发电机作为一种新兴的动力装置，是未来新能源汽车动力系统的重要研究方向。

FPLG系统在结构上主要包括内燃机和直线发电机，其中FPLG中的内燃机和传统内燃机有相似的热力学原理，但在结构上省略了曲轴和飞轮机构，将燃烧产生的热能通过电机转换为所需的能量输出，具有高效率、低油耗等诸多潜在性能优势。

FPLG将内燃机和发电机串联连接，其中内燃机活塞、连杆及直线电机动子相连组成了系统动子组件。启动时，直线电机作为电动机拖动动子运动直到达到启动条件；之后，内燃机点火燃烧，推动动子运动，直线电机作为发电机发电。内燃机产生的热能一部分转化为动子的动能，一部分转换为热能，还有一部分则转换为电能输出。但由于内燃机循环变动现象，每循环系统产生的热能都会产生变化，导致动子的运动难以控制，和传统内燃机相比，FPLG系统更容易出现动子运动止点位置不稳定、燃烧循环波动更大、燃烧极差或失火状况，导致FPLG持续稳定运行存在难度。由于目前FPLG系统存在的相关问题，导致对FPLG相关问题进行实验研究存在很大困难。而对FPLG系统动子运动特性、各系统参数对动子运动特性影响、各控制参数匹配耦合等问题的研究又是FPLG稳定运行及后续有效应用的关键。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种自由活塞直线发电机运动特性仿真分析方法及系统，本发明根据FPLG系统受力特点，基于动力学原理，建立FPLG动子运动特性仿真模型，并根据FPLG系统结构及工作原理，分析模型参数设置方法，分析不同工况运动特性模拟的加载条件，最后，对结果提取及分析方法进行研究。本发明能够有效解决目前FPLG实验成本高、实施困难的问题，通过分析，能够获得FPLG系统运动特性及影响运动特性的参数和影响规律，计算过程快捷方便。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种自由活塞直线发电机运动特性仿真分析方法，包括以下步骤：

根据自由活塞直线发电机受力，基于动力学原理，综合考虑电磁力、摩擦力及缸内压力方面，建立自由活塞直线发电机运动特性仿真分析模型；

确定待研究参数为变量，对构建的运动特性仿真分析模型，进行缸内压力、电磁力和摩擦力方面相关参数设置；

确定不同工况运动特性模拟加载条件；

对不同工况进行自由活塞直线发电机运动特性仿真，提取相关运动曲线，提取缸内压力、摩擦力和电磁力的变化，确定相关参数对系统运行的影响。

作为可选择的实施方式，所述自由活塞直线发电机运动特性仿真分析模型包括动子运动动力学仿真模型，所述动子运动动力学仿真模型考虑动子的运动加速度、动子从一侧上止点运动到另一侧上止点过程中的速度，以及对应的行程和速度关系。