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.
这项工作的研究目标是应用线性和非线性动力学系统和控制设计工具来制定自由活塞Stirl引擎的系统设计方法,传统上是从纯粹的热力学角度设计的。从历史上看,斯特林引擎的设计已经从其原始的纯粹的运动学布置中发展出来,在该布置上,置换剂和活塞的运动受到运动的限制,转向纯粹的动态布置?这样的引擎被称为“免费活塞”?斯特林引擎。不幸的是,这种向动态引擎的转变并没有看到实现其设计所需的工具的相应发展。在这项研究中,免费活塞Stirl引擎被重铸并从动态系统中重新解释,并通过在设计反馈循环的背景下查看相互作用的动态系统元素来控制观点。设计方法是双重的:1)将线性控制设计工具应用于将系统的参数组设计为反馈收益,并且2)应用非线性动力学系统分析工具来验证和完善设计,以了解整个非线性系统。这项研究的更广泛影响将是智力和社会。在智力层面上,提出的动态设计方法适用于比基于自由活塞Stirling的设计更通用的动态主导设备的功率生产,并且有可能形成所有此类动态设计的基础和框架吗?引擎。在社会层面上,随着世界传统化石燃料的可用性不断下降,能够将社会转变为可再生,环保友好的燃料和能源的可行替代引擎的发展成为对这类研究的最重要呼吁。鉴于仅需要热源,斯特林发动机比传统的内燃烧发动机具有利用非精制和/或非基于基于基于甲基的能源的优势,例如:生物量,太阳能,地热和其他?绿色?热源。
项目成果
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