SGER: Green Energy via Control-Based Design of Free-Piston Stirling Engines
SGER:通过基于控制的自由活塞斯特林发动机设计实现绿色能源
基本信息
- 批准号:0838874
- 负责人:
- 金额:$ 12.49万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2008
- 资助国家:美国
- 起止时间:2008-09-01 至 2011-02-28
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The research objective of this work is to apply linear and nonlinear dynamical systems and control design tools to formulate a systematic design methodology for free-piston Stirling engines, which have been traditionally designed from a purely thermodynamic point of view. Historically, the design of Stirling engines has progressed from its original purely kinematic arrangement, where the motion of the displacer and the piston are kinematically constrained, toward a purely dynamic arrangement ? such engines are called ?free-piston? Stirling engines. Unfortunately, this shift toward a dynamic engine has not seen a commensurate development in the tools needed to realize their design. In this research, free-piston Stirling engines are recast and reinterpreted from a dynamic systems and controls perspective by viewing the interacting dynamic system elements in the context of designing a feedback loop. The design methodology is twofold: 1) apply linear control design tools to design parameter groups of the system as feedback gains, and 2) apply nonlinear dynamical systems analysis tools to verify and refine the design with regard to the full nonlinear system.The broader impacts of this research will be both intellectual and societal. On an intellectual level, the proposed dynamic design methodology is applicable to power production from dynamically dominant devices more general than free-piston Stirling-based designs, and has the potential to form the basis and framework for the design of all such ?dynamic? engines. On a societal level, as the availability of the world?s traditional fossil fuels continues to decline, the development of a viable alternative engine capable of transitioning society toward renewable, environmentally friendly fuels and energy sources becomes a paramount call to such research. Given the need only for a heat source, Stirling engines offer the advantage over conventional internal combustion engines of utilizing non-refined and/or non-petroleum-based energy sources such as: biomass, solar, geothermal, and other ?green? sources of heat.
本工作的研究目标是应用线性和非线性动力系统以及控制设计工具,为传统上从纯热力学角度设计的自由活塞斯特林发动机制定系统的设计方法。从历史上看,斯特林发动机的设计已经从最初的纯运动学安排发展到纯动态安排,其中排量和活塞的运动受到运动学约束。这种发动机称为自由活塞式发动机。斯特林发动机。不幸的是,这种向动态引擎的转变并没有在实现其设计所需的工具方面看到相应的发展。在本研究中,自由活塞斯特林发动机是重新塑造和重新解释从动态系统和控制的角度来看,通过观察相互作用的动态系统元素在设计反馈回路的背景下。设计方法是双重的:1)应用线性控制设计工具来设计系统的参数组作为反馈增益,2)应用非线性动力系统分析工具来验证和完善关于整个非线性系统的设计。这项研究的更广泛的影响将是智力和社会。在知识层面上,所提出的动态设计方法适用于比基于自由活塞的斯特林设计更普遍的动态主导设备的动力生产,并且有可能形成所有这些“动态”设计的基础和框架。引擎。在社会层面上,就像世界的可用性一样?随着传统化石燃料的持续减少,开发一种可行的替代发动机,使社会向可再生、环保的燃料和能源过渡,成为此类研究的首要要求。考虑到只需要一个热源,斯特林发动机在利用非精炼和/或非石油能源(如生物质能、太阳能、地热和其他“绿色”能源)的传统内燃机方面具有优势。热源。
项目成果
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