[發(fā)明專利]一種基于遺傳算法的沼氣發(fā)動機空燃比控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910331612.1
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110080896A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧鳳娟;趙云飛;李志鵬;王姍姍;李茜;李留營
• 申請（專利權(quán)）人: 河南省圖天新能源科技有限公司
• 主分類號: F02D41/14
• 分類號: F02D41/14;F02D41/00
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 楊保剛

本發(fā)明公開了一種基于遺傳算法的沼氣發(fā)動機空燃比控制方法，涉及發(fā)動機控制領(lǐng)域，先生成染色體個體；隨機調(diào)用30?80組染色體個體生成初始種群；確定適應(yīng)度函數(shù)；確定染色體個體的懲罰因素；確定染色體個體的遺傳算子并通過遺傳算子確定新一代種群，根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)值、懲罰因素進行迭代，在未到達設(shè)定迭代次數(shù)時繼續(xù)進行迭代產(chǎn)生新一代染色體個體；輸出結(jié)果，將最優(yōu)的染色體個體進行解碼，并傳至沼氣發(fā)動機控制器控制混合器閥門開度，從而實現(xiàn)最優(yōu)空燃比控制。所述控制方法主要通過控制混合器閥門開度從而控制空燃比。本發(fā)明基于遺傳算法的全局尋優(yōu)特性，當(dāng)氧傳感器或其它單個傳感器故障時，可自動調(diào)整判斷權(quán)值，不會影響控制效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于發(fā)動機控制領(lǐng)域，尤其是一種基于遺傳算法的沼氣發(fā)動機空燃比控制方法。

背景技術(shù)

沼氣的主要成分甲烷，無色無味，是一種具有綠色、低碳、清潔的可再生能源。近幾年，隨著國家能源政策和環(huán)保政策的鼓勵，沼氣行業(yè)發(fā)展迅速。沼氣發(fā)電作為是沼氣有效利用的最重要的途徑之一，也給沼氣發(fā)電機帶來了很大的需求。當(dāng)前我國專門針對沼氣開發(fā)的發(fā)電機組很少，大多數(shù)由柴油機組改造而成或者直接使用天然氣機組。沼氣發(fā)電機組整體技術(shù)水平不高，導(dǎo)致沼氣發(fā)電機組綜合電效率和熱效率低。

空燃比控制是沼氣發(fā)動機控制中最重要的環(huán)節(jié)之一，是影響沼氣發(fā)動機效率的重要因素，在保證沼氣發(fā)動機安全、穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，盡可能提高沼氣發(fā)動機空燃比是空燃比控制的目標(biāo)。目前，沼氣發(fā)動機空燃比控制大致有兩種方法，一種是直接標(biāo)定法，另一種是依據(jù)氧傳感器所測量的空燃比的傳統(tǒng)PID控制方法。直接標(biāo)定法是出廠時根據(jù)輸出功率等標(biāo)定若干控制點，運行時根據(jù)標(biāo)定值進行控制，這是開環(huán)式控制，比較粗放，很難取得理想的控制效果。傳統(tǒng)PID控制法雖然是閉環(huán)控制，但控制參數(shù)如比例增益K_p、積分時間T_i、微分時間T_d整定不合適也影響控制效果，后期運行中如運行功率、沼氣成份變化時，固定的控制參數(shù)很難適應(yīng)，控制效果會大打折扣。另外氧傳感器一般安裝在溫度高達650℃的排氣管上極易損壞，損壞后這種控制方法便不能正常運行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：針對我國當(dāng)前沼氣發(fā)動機空燃比控制方面存在的控制效果不理想，難以達到真正的稀薄燃燒，特別的當(dāng)運行條件變化時固定的控制參數(shù)不能匹配，導(dǎo)致沼氣發(fā)動機綜合運行效率低下的問題，本發(fā)明提供了一種基于遺傳算法的沼氣發(fā)動機空燃比控制方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于遺傳算法的沼氣發(fā)動機空燃比控制方法，在沼氣發(fā)動機上設(shè)置控制器，通過甲烷含量檢測儀、進氣壓力傳感器、運行功率傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、氧傳感器和排溫器等采集沼氣發(fā)動機組運行數(shù)據(jù)并上傳云平臺，云平臺將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。其中沼氣中甲烷含量、歧管進氣壓力、運行功率等三個參數(shù)是影響沼氣發(fā)動機組進氣的主要因素。所述控制方法主要通過控制混合器閥門開度從而控制空燃比。

本發(fā)明工作時，通過對沼氣發(fā)動機輸出功率、進氣壓力、沼氣中甲烷含量、沼氣消耗流量、排溫和空燃比等運行數(shù)據(jù)的采集，利用云技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析和遺傳算法等智能技術(shù)，實現(xiàn)在保證沼氣發(fā)動機安全、穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上的最優(yōu)空燃比控制。

一種基于遺傳算法的沼氣發(fā)動機空燃比控制方法，包括以下步驟：

將沼氣中甲烷含量、歧管進氣壓力、運行功率、混合器閥門開度四個數(shù)據(jù)進行組合編碼，生成定長的染色體個體；

選取一段時間內(nèi)云平臺數(shù)據(jù)庫中運行數(shù)據(jù)，隨機調(diào)用30-80組染色體個體生成初始種群；

確定適應(yīng)度函數(shù)，根據(jù)染色體個體對應(yīng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取染色體個體的適應(yīng)度函數(shù)值；

確定染色體個體的懲罰因素；

確定染色體個體的遺傳算子并通過遺傳算子確定新一代種群，根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)值、懲罰因素進行迭代，在未到達設(shè)定迭代次數(shù)時繼續(xù)進行迭代產(chǎn)生新一代染色體個體；