[发明专利]一种控制驱动器伺服系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及发动机，具体涉及一种控制驱动器伺服系统的方法。

背景技术

自由活塞式发动机包括位于燃烧室气缸中的一个或多个往复式活塞。但与传统发动机不同的是，这里没有曲轴与活塞连接，并且在有起动电机时，也没曲轴使活塞做往复运动。自由活塞式发动机，正常运转时，在膨胀冲程过程中，由于受到气缸中空气及燃料混合物燃烧所产生的力，而使每个活塞在其气缸中运动。一个气缸中燃烧所产生的压力被用来压缩另一个气缸中的可燃混合气体。在发动机燃烧前，一个驱动系统被用来压缩可燃混合气体，接下来便是膨胀冲程。活塞运动由该驱动系统控制，该驱动系统控制能够使活塞进行往复运动，以及可燃混合气体的压缩和燃烧同步。活塞的行程，速度，气缸压力及压缩比由该驱动系统监控控制，并可以根据预期，对活塞的同步往复运动的偏差进行定期的校正。

在自由活塞发动机启动时，活塞移动可以通过采用液压，气动或电动驱动的执行启动系统来完成。最好的情况是，当发动机启动时产生电力输出的，则用电能来驱动活塞，相应地，当发动机启动时产生液压或气动输出的，则用液压或气压能量来驱动活塞。当在压缩点燃的情况下来启动自由活塞发动机时，气缸中可燃混合气则需要一个大的压缩比来产生燃烧。

在发动机启动燃烧之前，如果活塞的往复运动全部由一个驱动器来实现，则需要大量的能量来压缩燃烧室内的可燃混合气体，特别是在冷的气候下来冷启动一个需要压缩点燃的自由活塞发动机。这就需要消耗大量的能量。

中国专利CN102023576A公开了一种模拟发动机燃油系统运行环境仿真模型的方法和系统，通过PLC设置发动机转速，将携带发动机转速的指令发送至伺服电机驱动器，伺服电机驱动器根据指令驱动伺服电机进而带动发电机，使伺服电机和发动机的转速等于指令规定的发动机转速。本方法能模拟设计出的模拟发动机燃油系统运行环境仿真模型，实现对燃油系统的研究。但在对于如何节约能量消耗上未取得具体的有益效果。

中国专利CN201025139Y公开了一种与燃油发动机配套的能量分配式伺服系统，包括电机、伺服驱动器、控制单元、直流母线。电机外转子与燃油发动机轴直连；内转子轴为本系统输出轴。内外转子轴上分别安装位置传感器和速度/位置传感器接伺服驱动器。内外转子其一嵌有永磁磁极，另一为与伺服驱动器连接的绕组。伺服驱动器接直流母线。伺服驱动器连接控制单元。其控制方法为控制单元根据燃油发动机转速、预存的发动机最佳效率曲线转速扭矩关系数据向伺服驱动器提供扭矩设定值，伺服驱动器对电机加载相应扭矩，调整燃油发动机工作点；发动机动能一部分通过电磁耦合以机械能送给外负荷，另一部分发电送入直流母线。本系统旨在提高发动机效率，但是对于其控制精度和对大量能量消耗的改善并未取得有益效果。

发明内容

针对传统自由活塞式发动机启动时消耗大量能量的上述问题，本发明提供一种能有效节约能量的控制驱动器伺服系统的方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种控制驱动器伺服系统的方法，包括驱动器、自由活塞式发动机以及伺服系统，所述驱动器对所述自由活塞式发动机的一气缸内的活塞施加能量，所述伺服系统拥有第一状态，在所述第一状态下，一个能量源被连到所述驱动器上，其中，包括以下步骤：

a)确定所述活塞的第一位置，当所述活塞在所述第一位置时，通过对所述伺服系统施加一个控制信号，则所述驱动器施加到所述活塞上的一定量的能量将达到一个预定的值；

b)确定所述活塞的第二位置，所述第二位置为所述活塞运动的第一周期的开始，所述第一周期开始于控制信号的施加，所述第一周期结束于所述活塞到达所述第一位置；当所述活塞在所述第二位置时，通过对所述伺服系统施加另一个控制信号来将所述伺服系统切换到所述第一状态。

在启动驱动器时，为了避免依赖于大型的液压或气压装置，采用此控制驱动器伺服系统的方法。活塞在启动时做往复运动，伴随产生一个不断增强的活塞位移，使活塞产生出足够的动能，来使混合可燃气进行燃烧。活塞从驱动器获取的能量和活塞在燃烧前，从压缩充气的膨胀所获取的能量合并一起，增加了往复运动活塞的动能，并不断增加了燃烧室的压力。发动机在每个气缸内没有足够空气的情况下重新启动时，因为压缩充气不能储存足够的力来限制活塞的位移，那么一缸中的活塞可能与气缸头或同一缸内的活塞相干涉。