[发明专利]一种用于自由活塞直线发电系统切换过程的控制方法

摘要

本发明公开的一种用于自由活塞直线发电系统切换过程的控制方法，涉及用于发电系统切换过程的控制方法，属于能源动力领域。本发明包括如下步骤：在切换过程中，首先根据当前自由活塞直线发电系统状态和切换条件计算能接通负载系统的负载Fg值；接通负载系统后，根据当前状态和切换条件计算需要逐步减少电机力的次数n；再根据当前状态判断是否满足切换条件，如满足切换条件，逐次减少电机力直到电机力Fm为0，完成电机从电动机工作模式切换到发电机工作模式。本发明能够实现自由活塞直线发电系统从启动过程到发电过程的顺利过渡，确保自由活塞直线发电系统稳定连续运行，此外，还具有适用范围广和切换过程不受电机力大小影响的优点。

主权项

1.一种用于自由活塞直线发电系统切换过程的控制方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：在切换过程中首先根据当前自由活塞直线发电系统状态和切换条件计算出能接通负载系统的负载Fg值；步骤二：在切换过程中，自由活塞直线发电系统在接通负载系统之后，根据自由活塞直线发电系统当前状态和步骤一所述的切换条件计算得出需要逐步减少电机力的次数n，即切换次数n；步骤三：切换过程中，在确定好切换次数n之后再根据当前自由活塞直线发电系统状态判断是否满足逐步减少电机力F_m的切换条件，如满足切换条件，再次减少转入步骤四；步骤四：重复进行步骤三，逐次减少电机力Fm，直到电机力Fm为0，至此，完成自由活塞直线发电系统的电机从电动机工作模式切换到发电机工作模式；所述的步骤一具体实现方法为，在切换过程中，切换前电机运行为电动机工作模式，电动机提供方向与活塞运动方向相同的恒定电机力，推动活塞往复运动实现内燃机启动；使自由活塞直线发电系统从启动过程到发电过程顺利过渡的切换条件为：保证将自由活塞直线发电系统与负载系统接通，并且确保在接通负载系统之后自由活塞直线发电系统亦能连续运行，即左、右两侧气缸都能达到着火条件：条件1.气缸压力能达到p0bar；条件2.压缩比能达到a，如公式(1)所示：其中，ε为压缩比,V为内燃机气缸最大容积，A为活塞顶面法向投影面积(m2)，xTDC为活塞有效工作行程；pL左侧内燃机气缸内的气体压力(bar),p0内燃机气缸内气体满足着火条件的压力(bar)，a内燃机气缸内气体满足着火条件的压缩比；所以在切换过程中首先根据自由活塞直线发电系统当前状态和切换条件计算出能接通负载系统的负载Fg值，在自由活塞直线发电系统在切换过程中，将自由活塞直线发电系统在接通负载之前，根据测控系统检测到右侧气缸的峰值压力，在满足公式(1)的前提下采用公式(2)能够计算得出负载Fg的大小；其中，m为运动组件的总质量(kg)，x为活塞的位移(m)，Ff为摩擦力(N)，Fm为恒定电机力(N)，Fg为负载(N)，pL和pR分别为左右两侧内燃机气缸内的气体压力(bar)；所述的步骤二具体实现方法为，在切换过程中，将自由活塞直线发电系统与负载系统接通，由于步骤一已得到负载Fg值的大小，然后根据自由活塞直线发电系统当前状态，即根据测控系统检测到右侧气缸的峰值压力，在满足公式(1)的前提下采用公式(3)能够计算得出需要逐步减少电机力的次数n，即切换次数n；所述的步骤三具体实现方法为，在切换过程中，自由活塞直线发电系统的测控系统在算出切换次数n之后，根据自由活塞直线发电系统当前状态，判别是否达到减少的条件；并且确保在减少之后自由活塞直线发电系统亦能连续运行；即左、右两侧气缸都能达到点火条件：条件1.气缸压力能达到p₀bar；条件2.压缩比能达到a，如公式(1)所示；因此，在步骤二得到切换次数n之后，然后根据测控系统检测到右侧气缸的峰值压力，采用公式(3)判别是否满足逐步减少电机力的切换条件，如果测控系统判断自由活塞直线发电系统当前状态满足切换条件时，再次减少转入步骤四；所述的步骤四具体实现方法为，重复进行步骤三，逐次减少电机力Fm，直到电机力Fm为0，即自由活塞当前运行状态如公式(4)所示；至此，完成自由活塞直线发电系统的电机从电动机工作模式切换到发电机工作模式；