[發明專利]基于擾動觀測的自學習發動機扭矩控制系統及其方法

有效

• 申請號: 201711302535.4
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN107989708B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 謝輝;阮迪望;張國輝
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F02D41/00
• 分類號: F02D41/00;F02D41/14
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

本公開提供了一種基于擾動觀測的自學習發動機扭矩控制系統及其方法，本公開提出主動擾動控制與動態前饋控制相結合的發動機扭矩控制方法。一方面直接建立從控制目標到控制輸入的動態模型，并將該模型用于前饋控制的設計；另一方面，在前饋控制的基礎上，為發動機扭矩控制設計了ADRC反饋控制單元，可對系統的內外總擾動進行實時觀測和補償。本公開的有益效果為基于總擾動的估計和補償方法，不需要準確的發動機扭矩模型，僅需要大概估計其階次即可，控制算法設計方便，且算法調參和魯棒性強，能有效改善瞬態扭矩控制性能，提高算法的自適應性能。

技術領域

本公開涉及發動機扭矩控制領域，尤其涉及一種基于擾動觀測的自學習發動機扭矩控制系統及其方法。

背景技術

發動機-測功機組成的臺架系統可用于測試發動機的動力性、經濟性和排放性能，是發動機研發階段非常重要的實驗設備。在最常用的發動機控制扭矩、測功機控制轉速模式中，測功機用于模擬發動機的負載，通過調節加載力矩使發動機轉速快速穩定在目標轉速值；發動機通過控制油門踏板實現輸出扭矩跟隨目標扭矩值，構成一個雙輸入雙輸出的耦合系統。日益嚴格的排放法規及ETC、WHTC、RDE等瞬態循環測試的提出，給瞬態循環下發動機扭矩和測功機轉速的控制算法設計提出了更高的要求。

目前發動機-測功機臺架系統中，發動機扭矩控制存在如下兩個主要問題：

1)瞬態循環下，發動機的扭矩跟蹤效果不理想，存在超調和滯后。

2)更換發動機參數或配置后，重新調節PID控制參數時間較長，算法自適應能力較差。

為了改善瞬態控制效果，保證算法在被測發動機型號、配置或參數更換修改后，能快速控制好新的發動機進行實驗，減少PID參數調節的時間，目前技術人員在控制算法的自學習能力與自適應能力的改進上還有更多的研發空間。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種基于擾動觀測的自學習發動機扭矩控制系統及其方法，以至少部分解決以上所提出的技術問題。

(二)技術方案

根據本公開的一個方面，提供了一種基于擾動觀測的自學習發動機扭矩控制系統及其方法，用于對由發動機和測功機構成的臺架系統進行扭矩控制，其中臺架系統中發動機與測功機通過連接軸連接，并通過連接軸上設置的傳感器輸出實際扭矩和實際轉速至扭矩控制系統中，臺架系統中還包括：臺架控制上位機，其發送目標扭矩和目標轉速至扭矩控制系統中；扭距控制系統包括：參數自學習工況設計單元，用于設計工況點和實驗點；模型參數自學習單元，基于遞推最小二乘法對動態前饋控制單元中的參數進行擬合和辨識；動態前饋控制單元，其采集發動機臺架上位機輸出的目標扭矩和目標轉速，根據接收到的目標扭矩得到目標節氣門開度，進一步換算成目標油門開度，作為前饋控制量輸入至發動機控制器；以及ADRC 反饋控制單元，其分別接收來自臺架控制上位機發送的目標扭矩、扭矩傳感器輸出的實際扭矩和目標油門開度，基于發動機實際扭矩和目標扭矩的偏差，通過總擾動進行實時觀測和補償，得到油門開度反饋控制量，對油門開度前饋控制量進行補償。

在本公開的一些實施例中，包括：節氣門動態前饋控制量計算模塊，其采集目標扭矩計算出目標節氣門開度；以及節氣門-油門非線性轉換關系模塊，其采集目標節氣門開度，將目標節氣門開度進一步換算成目標油門開度，作為前饋控制量輸入至發動機控制器。

在本公開的一些實施例中，其節氣門動態前饋控制量計算模塊，包括：泵氣損失扭矩計算模塊和摩擦扭矩計算模塊分別輸出扭矩損失值，所述泵氣損失扭矩和摩擦損失扭矩與目標扭矩求和后，輸出目標指示扭矩；充氣效率計算模塊，輸入基本參數，計算后輸出目標進氣壓力；目標進氣量計算模塊，輸入目標進氣壓力，計算后輸出目標進氣量；以及目標節氣門開度計算模塊，輸入目標進氣量，計算后輸出目標節氣門開度。