一种基于振动信号的FPLG控制策略仿真模型构建方法及系统与流程

一种基于振动信号的fplg控制策略仿真模型构建方法及系统
技术领域
1.本公开属于仿真技术领域，尤其涉及一种基于振动信号的fplg控制策略仿真模型构建方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.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。
4.fplg系统主要由内燃机和直线发电机组成，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。
5.fplg将内燃机和直线电机串联连接，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，fplg持续稳定运行存在难度。
6.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fplg运行控制策略研究又是稳定运行的基础，根据fplg工作原理，若能基于实时燃烧状况调整电能输出，进而保证动子上止点位置维持在一个小的波动范围内，就能实现fplg的稳定运行。内燃机表面振动信号和缸内燃烧过程密切相关，若能基于振动信号对缸内燃烧过程进行预判，并基于燃烧过程状况调整电能输出，制定相应的基于振动信号的fplg稳定运行策略，则对fplg的稳定运行和应用有重要意义。


技术实现要素：

7.为克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种基于振动信号的fplg控制策略仿真模型构建方法，能够有效解决目前fplg实验成本高、实施困难的问题。
8.为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
9.第一方面，公开了一种基于振动信号的fplg控制策略仿真模型构建方法，包括：
10.建立fplg振动响应仿真模型，用于模拟fplg缸盖的表面振动信号，以用振动信号分析缸内燃烧过程；
11.基于fplg振动响应仿真模型建立振动信号的fplg控制策略仿真模型，用于进行振动特征参数提取、特征参数反馈和fplg控制参数调整。
12.进一步的技术方案，fplg振动响应仿真模型建模步骤为：
13.根据fplg结构特点和各结构在系统振动过程中起到的作用，确定振动系统的质量元件、阻尼元件和弹性元件；
14.根据系统质量元件个数确定系统的自由度；
15.对各部分质量进行相应方向的受力分析，根据结构特点，将fplg系统进行划分后，对各部分质量所受的力进行划分，然后，根据牛顿第二定律或能量守恒原理，确定系统振动响应微分方程。
16.进一步的技术方案，确定系统振动响应微分方程之后，确定系统参数，包括系统的质量、刚度和阻尼值，其中系统质量根据实际fplg结构参数确定或零部件称量得到；弹簧原件的刚度参考经验公式获得或测量得到；阻尼值的大小，根据阻尼比近似确定，系统阻尼比根据实验获得。
17.进一步的技术方案，fplg振动响应仿真模型中，fplg缸盖的表面振动信号需要加载在fplg系统上的激励，基于加载在fplg系统上的激励根据动子运动参数及系统参数等的变化进行仿真，进行激励仿真模型构建。
18.进一步的技术方案，所述激励仿真模型构建具体包括：
19.电磁力仿真，用于模拟直线电机在运行过程中产生的电磁力；
20.摩擦力仿真，用于模拟fplg系统运行过程中的摩擦，主要包含三部分，左右两气缸的活塞环和气缸壁的摩擦力以及电机运动消耗的摩擦力；
21.基于缸内压力的变化取决于内燃机燃烧、传热、压缩、换气、漏气，建立缸内压力仿真模型；
22.基于缸内压力、摩擦力和电磁力的仿真和动子运动有关，对动子运动进行仿真，耦合作用在动子上的激励，形成动力学仿真模型。
23.更进一步的技术方案，将fplg分为三部分，中间直线电机和两端的发动机，中间直线电机和两端发动机简化为质量元件；连接直线电机和发动机的连接件简化为弹簧元件和阻尼元件；fplg通过支架和地面连接，支架简化为弹簧元件。
24.更进一步的技术方案，对于背置式fplg，该fplg的振动仿真模型用于仿真水平方向的振动响应，将该fplg系统分为三个质量原件，则系统振动响应自由度为3个，即直线电机和两端发动机的水平方向的振动。
25.进一步的技术方案，fplg控制策略仿真模型中，特征参数提取过程为：根据振动特征参数提取公式，实时读取fplg振动响应仿真模型对应的振动响应信号包括位移、速度和加速度，并基于振动响应信号，计算燃烧时段对应的振动特征参数。
26.进一步的技术方案，所提取振动特征参数能反映燃烧时段对应的平均指示压力imep；
27.基于振动特征参数和imep线性关系，将计算所得振动特征参数反馈到控制系统输入端，并根据振动特征参数和imep两者对应图表关系，插值计算得到实时缸内燃烧imep。
28.进一步的技术方案，fplg控制参数调整，具体为：基于缸内燃烧imep和fplg目标输出电量线性关系及实时imep值，控制系统计算fplg目标输出电量，并通过调整模型中电磁力参数实现fplg目标输出电量调整，
29.第二方面，公开了一种基于振动信号的fplg控制策略仿真模型构建系统，包括：
30.fplg振动响应仿真模型建立模块，用于建立fplg振动响应仿真模型，以模拟fplg缸盖的表面振动信号，以用振动信号分析缸内燃烧过程；
31.fplg控制策略仿真模型建立模块，用于基于fplg振动响应仿真模型建立振动信号的fplg控制策略仿真模型，以进行振动特征参数提取、特征参数反馈和fplg控制参数调整。
32.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
33.本公开技术方案通过对fplg系统振动响应仿真模型的建立和分析，可实现以下几方面的有益效果：
34.1)获得不同工况下的fplg振动响应信号、动子运动信号和激励信号等，以获得他们各自的特点；
35.2)获得fplg系统振动响应信号和imep及imep和目标发电量关系；
36.3)基于模型能获得并验证基于振动响应信号的fplg稳定运行控制策略。
37.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
38.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
39.图1背置式自由活塞直线发电机结构示意图；
40.图2自由活塞受力分析示意图；
41.图3振动响应仿真模型和控制部分仿真模型图；
42.图4缸内压力信号和振动响应信号对比曲线；
43.图5imep和目标发电量关系图；
44.图6三自由度fplg振动系统模型图；
45.图7本公开实施例子模型之间的关系图。
具体实施方式
46.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
47.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
48.在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
49.本公开技术方案根据fplg系统受力特点和结构特点，建立fplg振动响应部分仿真模型和控制策略部分仿真模型；振动响应仿真模型部分还包括fplg所受激励的仿真；同时，发明对模型参数设置方法、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，还能对基于振动信号的fplg控制策略进行研究。
50.实施例一
51.本实施例公开了一种基于振动信号的fplg控制策略仿真模型构建方法，该方法包含建立fplg振动仿真分析模型和控制策略仿真模型，包括模型参数设定，模型结果提取及分析等几部分。
52.本发明以背置式fplg进行说明。目前已有的背置式fplg为发电机芯轴两端均设置发动机，如图1所示，中间布置发电机，发电机同时具备电动机和发电机两种功能。动子组件包含活塞、连杆和电机动子等。
53.fplg振动响应仿真模型，主要模拟fplg缸盖的表面振动信号，以用振动信号分析缸内燃烧过程。fplg缸盖表面振动信号幅值及相位等特征主要取决于缸盖所受的激励，对fplg而言，缸盖主要受到气缸缸内压力、电磁力和摩擦力等几个激励的作用。
54.具体实施例子中，振动响应仿真模型建立的具体实施过程为：
55.1.背置式fplg振动响应仿真模型建立
56.(1)确定系统质量、阻尼和刚度元件
57.根据本实施例的fplg结构特点和各结构在系统振动过程中起到的作用，确定振动系统的质量、阻尼和弹性原件。本实施例的背置式fplg，直线电机置于系统中央，两端连接发动机，背置式fplg结构对称，为了获得发动机缸盖的表面振动信号，将系统分为三部分，中间直线电机和两端的发动机，中间直线电机和两端发动机可简化为质量元件；而连接直线电机和发动机的连接件可简化为弹簧元件和阻尼原件；另外，系统通过支架和地面连接，在振动过程中，支架作用起到了弹簧作用，因此，支架也可简化为弹簧元件。
58.(2)确定系统自由度
59.和传统内燃机不同，fplg动子的运动为往复直线运动，因此，各质量元件的振动以三个方向的直线振动为主，扭振的研究可以忽略。另外，考虑希望所获得的振动信号能够描述发动机缸内燃烧状况，因此，仿真模型以获得缸内压力方向的振动响应信号为目的。系统的自由度就可根据系统质量元件个数确定。例如附图1所示的背置式fplg，由于缸内压力沿水平方向，因此，该实施例只分析水平方向系统的振动，若将该fplg系统分为三个质量原件，每个质量水平方向的振动可用一个自由度表示，则系统振动响应自由度为3个，即直线电机和两端发动机的水平方向的振动。fplg振动系统简化模型如附图6所示。
60.(3)振动响应数学模型建立
61.对各部分质量进行相应方向的受力分析，如附图2所示为fplg受力分析示意图，根据结构特点，将fplg系统进行划分后，各部分质量所受的力也要进行划分，例如电磁力可认为作用在中间电机上，而缸内压力可认为作用于缸盖上，摩擦力则可均分到各质量上，然后，根据牛顿第二定律或能量守恒原理，确定系统振动响应微分方程。
62.具体的，该实施例分析时，假设左侧气缸受到缸内压力和弹性力及阻尼力作用；中间电机受到摩擦力、电磁力、弹性力和阻尼力作用；右侧气缸则受到右侧气缸缸内压力、弹性力和阻尼力作用。根据牛顿第二定律或能量守恒原理，确定系统振动响应微分方程。
63.具体为：
[0064][0065]
(4)系统参数确定
[0066]
系统参数主要包括相应的质量、刚度和阻尼值。其中系统质量可根据实际fplg结构参数确定或零部件称量得到。而弹簧原件的刚度则需要进行分析和相应简化，其刚度可参考经验公式获得或测量得到。
[0067]
本实施例中，连接发动机和直线电机的螺栓即可简化为弹簧原件，根据螺栓在振动系统中发生的变形是拉压变形还是剪切变形，其刚度计算式如下式(2)或(3)所示。而连接系统和地面之间的约束支架，其特点和悬臂梁相似，可简化为悬臂梁求其刚度，其刚度可按式(4)和式(5)计算。另外，系统中简化为弹簧构件的刚度也可根据实验测试获得，主要方法可按式(6)计算。系统中的阻尼元件是指消耗能量的元件，例如橡胶垫、弹簧座垫等均可简化为阻尼原件，由于阻尼值不易测量，他们阻尼值的大小，可根据阻尼比近似确定，系统阻尼比可根据实验获得，阻尼大小可按式(7)
‑
式(9)计算。
[0068][0069]
其中e为螺栓材料的弹性模量，a为螺栓横截面积，l为螺栓有效长度；
[0070][0071]
其中g为螺栓材料的剪切弹性模量；
[0072][0073]
其中i为悬臂梁横截面对中性轴的惯性矩，其大小可根据梁横截面形状和齿轮确定；l1为悬臂梁长度；
[0074]
例如，当悬臂梁为矩形截面时，
[0075]
b为截面宽度，h为截面高度
[0076][0077]
其中，g为重力加速度；
[0078]
δ为在某一重物作用下，研究对象产生的静位移；
[0079]
c＝αm+βk
ꢀꢀꢀ
(7)
[0080]
其中c为系统阻尼矩阵，m为质量矩阵，k为刚度矩阵，α,β为常数，可按下式计算：
[0081]
[0082][0083]
其中，ξ为阻尼比，一般工程机械可取0.03
‑
0.07，ω1ω2为系统前两阶固有频率，可根据多自由度系统频率方程求解。频率方程如下：
[0084]
det|k
‑
ω2m|＝0
ꢀꢀꢀ
(9)
[0085]
(5)激励仿真模型构建
[0086]
fplg系统所受的激励主要为缸内压力、电机产生的电磁力和摩擦力，缸内压力与缸内燃烧状况有关，取决于内燃机燃烧、传热、压缩、换气、漏气等几个过程，不同工况下，缸内燃烧状况也存在差异，相同工况下因燃烧循环变动，循环缸内压力也存在不同；电机产生的电磁力取决于动子运动速度及相关电机参数，摩擦力大小则也取决于动子运动速度和摩擦系数等参数。因此，加载在fplg系统上的激励与动子运动、系统参数密切相关，不能取不变的曲线作为激励进行分析，需要根据动子运动参数及系统参数等的变化进行仿真。主要仿真过程如下：
[0087]
1)电磁力仿真，用于模拟直线电机在运行过程中产生的电磁力。
[0088]
其电路数学模型为：
[0089]
其中：v为动子速度，r
e
为定子绕组等效电阻，l为定子绕组等效电感，e为定子反电势，u为定子端电压，i为定子电流，k
i
为电磁力系数。
[0090]
电磁力：f
e
＝k
i
i
ꢀꢀꢀ
(10)
[0091]
f
e
为电磁力。
[0092]
2)摩擦力模块主要用于模拟运行过程中的摩擦，主要包含三部分，左右两气缸的活塞环和气缸壁的摩擦力以及电机运动消耗的摩擦力。各摩擦力大小及变化根据经验公式可以得到。
[0093]
①
活塞环和气缸壁摩擦力
[0094][0095]
f：总的刮擦系数；
[0096]
sign(v)：表示活塞速度方向，规定向右为正；
[0097]
a
f
，b
f
，k
v
：摩擦系数；
[0098]
e：润滑油平均温度；
[0099]
e0：参考温度取40℃。
[0100]
d：缸径；
[0101]
d0：参考缸径165mm；
[0102]
p(t)，p0：缸内压力和大气压力。
[0103]
②
电机摩擦力
[0104]
可认为是常数，或按经验公式计算。
[0105]
f
efrction
＝sign(v)
·
f
f
×
(
‑
1)；
[0106]
3)缸内压力仿真模型：缸内压力的变化取决于内燃机燃烧、传热、压缩、换气、漏气
等几个过程。因此，缸内压力仿真模块又包含了燃烧、传热、漏气、压缩、进气和排气几部分。缸内压力仿真模型对应的数学模型为：
[0107][0108][0109]
c
p
＝c
v
+r
[0110]
γ：定压比热容和定容比热容之比，为常数；cp：空气定压比热容，为常数；cv：空气定容比热容，为常数；v：内燃机缸内容积，为常数；p：缸内压力；q
c
：燃烧过程释放的热量；q
ht
：传热损失；m
air
：每个燃烧循环气缸内的空气量；m
i
进入及流出的燃油空气质量流；h
i
：单位质量流的焓；
[0111]
4)动子运动仿真：由于缸内压力、摩擦力和电磁力的仿真和动子运动有关，因此，还需对动子运动进行仿真，耦合作用在动子上的激励，形成动力学仿真模型，仿真模型对应的数学模型为：
[0112][0113]
其中：a:动子运动加速度；m：动子质量；f
p左
：左缸气体压力；f
p右
：右缸气体压力；f
f
：摩擦力；f
e
：电磁力
[0114]
动子从一侧上止点运动到另一侧上止点过程中，速度的表达式为：
[0115][0116]
设动子从一侧上止点到另一侧上止点的位移为s，则该过程对应的行程和速度关系满足下式：
[0117][0118]
5)激励仿真及动子运动仿真模型参数设置
[0119]
①
缸内压力仿真模块参数
[0120]
缸内压力仿真模块中参数设置包含空气相关参数设置、燃油相关参数设置和发动机结构相关参数设置。
[0121]
空气相关参数设置包含气体常数、大气压力、温度、空气定压比热容、进气温度、排气温度等。这些参数均可设置为常数，其值按照空气相关标准值确定。进气压力、排气压力、每个循环进入气缸的空气量及充量系数等参数可设为变量，以研究这些参数对缸内燃烧过程、动子运动等的影响。
[0122]
燃油相关参数设置包含对燃油焓值的设置，对不同燃油形式的内燃机，其值根据柴油或汽油对应焓值确定，也为常数，可查阅相关标准确定。
[0123]
发动机结构相关参数设置包含发动机直径、冲程、活塞连杆质量、空燃比、压缩比、进气门开启关闭时刻及气缸容积等参数的设置，这些参数也可根据fplg系统所采用的发动机实际设计参数进行设置，设为常数。研究结构参数对运动特性影响时，可将部分结构参数设置为变量，以分析他们对动子运动特性影响规律。在缸内压力仿真时，燃烧过程可采用韦
伯函数进行仿真，其中燃烧持续期、韦伯函数形状系数的设置均可设置为变量，在某一范围内变化，根据其变化实现不同燃烧状况的模拟。
[0124]
②
电磁力仿真模块参数
[0125]
电磁力仿真模块参数设置包括fplg系统中直线电机的相关结构参数，例如定子绕组等效电阻、定子绕组等效电感、定子反电势、定子端电压、定子电流、电磁力系数及动子质量等。其中，定子绕组等效电阻、电感、端电压等参数为常数，其值取决于电机参数。动子质量、电磁力系数可设置为变量，用于分析不同燃烧工况电磁力输出大小对动子运动的影响。
[0126]
③
摩擦力仿真模块参数
[0127]
摩擦力仿真模块参数主要包括各摩擦系数、润滑油温度等的设置，这些参数的设置可根据经验或文献查阅设置为常数。且由于摩擦力的数值在数量级上远小于缸内压力和电磁力，因此，其对动子运动影响较小，甚至可以忽略。
[0128]
(6)振动响应仿真模型建立
[0129]
完成以上步骤后，可根据式(1)
‑
式(15)和系统各参数值，构建多自由度系统振动响应仿真模型，如附图3所示。
[0130]
在具体实施例子中，还公开了基于振动信号的fplg控制策略仿真模型建立，基于振动信号的fplg控制仿真策略模型主要包括振动特征参数提取、特征参数反馈和fplg控制参数调整三部分。
[0131]
(1)振动特征参数提取
[0132]
振动特征参数包含幅值特征参数和相位特征参数，本发明所采用的特征参数应能描述缸内燃烧状况，进而实现基于缸内燃烧状况调整fplg发电量的目的。
[0133]
燃烧特征参数能反映燃烧时段对应的平均指示压力(imep)，研究表明缸内燃烧特征参数平均指示压力imep能够描述缸内压力的做功能力，因此，发明提取的振动特征参数要能够描述imep的变化。基于振动信号和缸内压力激励之间的关系，采用式(16)计算描述imep的振动特征参数。
[0134][0135]
式中s
mean
为平均有效位移，在此简称为平均位移；s
i
、s
i
‑1分别表示为i、i
‑
1时刻缸体振动位移。s
mean
可线性描述imep，两者存在线性对应关系，该关系可存于控制系统图表中。
[0136]
根据振动特征参数提取公式(16)，实时读取振动响应模型模拟的振动响应信号(位移、速度和加速度)，并以动子运动速度或位移作为参考信号，判断动子是否运动到发动机气缸上止点位置，以动子运动加速度峰值位置信号判断缸内燃烧峰值压力位置，提取上止点到峰值压力时段的振动响应信号，基于式(16)计算该燃烧时段对应的振动特征参数。
[0137]
(2)特征参数反馈
[0138]
基于振动特征参数和imep线性关系，将计算所得振动特征参数反馈到控制系统输入端，并根据振动特征参数和imep两者对应图表关系，插值计算得到实时缸内燃烧imep。
[0139]
(3)fplg控制参数调整
[0140]
分析表明，要保证fplg稳定运行，则缸内燃烧imep和fplg目标输出电量也存在近似线性关系，获得相应fplg对应的imep和目标发电量关系，并将该关系储存在控制系统中，
基于实时imep值和缸内燃烧imep和fplg目标输出电量线性关系，控制系统计算fplg目标输出电量。并通过调整模型中电磁力相关参数实现fplg目标输出电量调整。
[0141]
如附图3所示为构建的fplg振动响应仿真模型和控制部分仿真模型。
[0142]
下面进一步介绍不同工况动力学特性仿真及结果提取分析
[0143]
1)结果提取
[0144]
基于fplg系统振动响应仿真模型，可提取系统动子运动速度、位移和加速度等运动曲线，提取缸盖表面振动位移、速度和加速度曲线，也可提取仿真的缸内压力、摩擦力和电磁力的变化，以获得激励与振动响应关系，及稳定运行时imep和目标发电量关系。如某fplg发动机仿真得到的三质量振动位移响应信号对比曲线如附图4所示，imep和目标发电量关系如附图5所示。
[0145]
2)imep和目标发电量关系分析及振动响应和激励关系分析
[0146]
为了实现fplg稳定运行，需要获得激励和目标电量关系。在模型中设置不同燃烧工况，并修改相应目标发电量系数使fplg系统能够稳定运行。然后，提取不同燃烧工况下的缸内压力信号和目标发电量值，分析缸内压力信号特征参数和目标发电量关系，研究表明缸内压力信号提取的imep和目标发电量为近似线性关系，根据不同燃烧工况模拟数据，获得imep和目标发电量关系曲线或对应数据表，并将其关系存储于模型控制模块中。提取不同工况下的振动响应信号，并根据公式(16)计算振动响应特征参数，确定振动响应特征参数和imep关系曲线和对应数据表，将该关系也存储于模型控制模块中，进而建立缸盖表面振动信号和目标发电量关系曲线，基于缸盖表面振动信号实现目标发电量的调整。
[0147]
实施例二
[0148]
本实施例的目的是提供一种计算装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。
[0149]
实施例三
[0150]
本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。
[0151]
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述方法的步骤。
[0152]
实施例四
[0153]
本实施例的目的是提供一种基于振动信号的fplg控制策略仿真模型构建系统，包括：
[0154]
fplg振动响应仿真模型建立模块，用于建立fplg振动响应仿真模型，以模拟fplg缸盖的表面振动信号，以用振动信号分析缸内燃烧过程；
[0155]
fplg控制策略仿真模型建立模块，用于基于fplg振动响应仿真模型建立振动信号的fplg控制策略仿真模型，以进行振动特征参数提取、特征参数反馈和fplg控制参数调整。
[0156]
激励仿真和动子运动仿真部分模型的功能是模拟fplg运行过程中动子的运动、系统所受的激励包括缸内压力、摩擦力和电机产生的电磁力。一方面，激励仿真和动子运动仿真部分模型可以模拟fplg系统运行过程中产生的激励，而这些激励包括缸内压力、摩擦力和电机产生的电磁力，这些激励大小和变化决定了fplg系统各部分的振动响应信号，因此，激励仿真和动子运动仿真部分模型的结果是振动响应仿真模型的输入。另一方面，激励仿真和动子运动仿真部分模型可以模拟动子运动，通过动子运动的仿真，可以观测fplg系统
运行是否稳定，进而为分析fplg系统控制策略是否有效提供依据。
[0157]
振动响应仿真模型的功能是：根据机械振动基础理论，模拟fplg系统不同部分的振动响应。本实施例将fplg系统分为三部分，左侧气缸、右侧气缸和中间电机，并将他们简化为三个质量模型，对三个质量模型进行了受力分析，左右两侧气缸部分主要受到缸内压力、弹性力和阻尼力的作用，电机主要受到电磁力、摩擦力、弹性力和阻尼力的作用。根据振动响应数学微分方程，将激励仿真部分模型得到的各激励分别作用于三个质量，即可得到三部分的振动速度、加速度和位移响应信号。振动响应仿真模型部分主要是为了模拟fplg系统不同部分的振动响应信号，其所受激励来源于激励仿真和动子运动仿真部分，其产生的振动响应信号结果又是振动特征参数提取和控制部分模型的输入。
[0158]
振动特征参数提取和控制部分模型功能是提取振动响应信号特征参数，同时根据振动响应信号特征参数和控制参数之间的map图关系，根据提取的振动响应信号特征参数大小获得控制参数大小，并将控制参数反馈到激励仿真和动子运动仿真模型部分，以实现动子运动的控制，各部分关系附图如图7所示。
[0159]
使用步骤：
[0160]
首先根据fplg系统结构和运行特点，设定系统相关结构和运行参数，对结构参数等确定性参数可设置为常数，而部分运行参数如充量系数、燃烧韦伯函数中的形状系统等模拟实际燃烧循环变动的参数可设为变量，赋予一定的初值，并设变量按一定规律变化，以模拟燃烧循环变动。同时电磁系数可设为变量，赋予一定初值，之后电磁系数值根据实时燃烧状况调整。
[0161]
参数设置完毕后，点运行按钮，激励仿真和动子运动仿真模型即可运行，并根据设定的相关结构和运行参数输出系统激励和动子运动变化，其结果实时输入到振动响应仿真模型，振动响应仿真模型即可实时输出系统三部分的振动响应曲线。
[0162]
根据实时振动响应曲线，振动特征参数提取和控制部分模型，可以以动子速度或位移为参考，截取当下燃烧时段对应的缸盖表面振动响应信号，并根据振动响应信号，提取对应描述平均指示压力的特征参数，以确定当下循环燃烧优劣程度，并根据振动特征参数和电磁系数对应map图，确定该循环燃烧状态下对应的电磁系数，并将电磁系数反馈给激励仿真和动子运动仿真模型，根据燃烧状况调整电磁力输出，进而实现fplg动子运动的控制。同时调整电磁系数后，动子运动也随之调整，通过观测动子运动可判断fplg系统运行是否稳定。
[0163]
若系统运行基本稳定，说明控制策略有效，若不稳定，则需要调整控制策略，例如可以调整控制参数或调整反馈参数及控制参数map图，或更改控制方法(例如自适应控制方法等)。
[0164]
模型分为三部分，三部分可以共同运行，也可拆分运行。
[0165]
例如，当不确定fplg运行特点和激励关系时，可将激励仿真和动子运动仿真模型单独运行，切断其与另外两个仿真模型部分的连线即可。该部分模型可以为fplg运动特点分析提供依据。
[0166]
再如，在确定控制策略前，可将激励仿真和动子运动仿真部分模型和振动响应仿真模型联合，将振动特征参数提取和控制部分模型独立(不运行，去掉该模型和另外两个模型连线即可)。通过改变激励仿真和动子运动仿真模型中的燃烧状况，模拟对应燃烧状况产
生的振动响应信号，并提取振动响应信号特征参数，获得振动响应信号特征参数和描述燃烧状况的imep之间的关系，并通过调整激励仿真和动子运动仿真模型的电机参数(如电磁力系数)实现动子稳定运行，进而获得振动响应信号和电磁力系数关系map图，为控制策略制定提供依据。
[0167]
当然，三个部分模型也可联合运行，以验证控制策略是否可行。
[0168]
另外，需要说明的是：模型各部分可以根据模拟需求进行开发调整。
[0169]
组成本模型的三部分，可以根据用户需求进行适当调整。例如激励仿真和动子运动仿真模型部分，主要包括激励的模拟和动子运动的模拟，若用户精度要求不高，认为摩擦力对系统运行影响可以忽略，就可以直接删除摩擦力运行模块。若用户精度要求较高，认为摩擦力模块需要提高精度，则可根据需求修改摩擦力模拟模块中的经验公式或摩擦力数值。再如缸内压力模拟模块，也可根据需求添加或删除或修改模型中的参数、公式等。振动响应仿真模块中，可调整作用于不同质量上的激励、激励大小或比例等，可以调整自由度数量。振动特征参数提取和控制部分模型，可以根据控制方法进行对应子模块的调整和修改。
[0170]
以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本公开中的任一方法。
[0171]
本领域技术人员应该明白，上述本公开的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本公开不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
[0172]
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
[0173]
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。