[發明專利]一種針對電子節氣門系統的非線性抗干擾控制方法及裝置

有效

• 申請號: 201811143563.0
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN109143868B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 李世華;戴忱;楊俊;孫昊;王翔宇;李奇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F02D11/10
• 分類號: F02D11/10
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉涓涓

1.一種針對電子節氣門系統的非線性抗干擾控制裝置，其特征在于，包括控制子裝置和觀測子裝置，其中，

控制子裝置包括：運行工況參數獲取模塊，用于獲取電子節氣門系統的運行工況參數；系統數學模型，用于通過分析電子節氣門的工作原理，建立其數學模型以刻畫電子節氣門系統的系統特性；

系統控制模型，用于在系統數學模型的基礎上，運用數學手段將其處理為利于后續控制器模型設計的控制模型；

控制器模型，用于在系統控制模型的基礎上，結合運行工況參數獲取模塊所獲得的系統期望輸出進行控制器模型設計，其中，控制器模型中包含對未知系統狀態和集中擾動的觀測值；控制器模型通過如下方式設計：

首先，設計如下的終端滑模面：

其中為系統輸出，為滑動變量，為控制量，、分別為觀測器模型所得的未知/不可測的系統狀態和集總擾動的觀測值，、為待設計的滑模面系數，且需使多項式滿足Hurwitz條件，即使得多項式的特征值均在復平面的左半平面，為待設計的滑模面系數，且滿足如下關系：，其中，；

其次，設計控制器模型如下：

其中，，為待設計的控制器參數，，、分別表示電子節氣門系統參數的標稱值；

控制量計算模塊，用于根據運行工況參數獲取模塊所獲得的運行工況參數、系統期望輸出和所設計的控制器模型，確定作用于電子節氣門系統的實際控制量；驅動信號計算模塊，用于根據控制量計算模塊所得到的控制量計算得到直流電機的驅動電壓量；

觀測子裝置包括：運行工況參數獲取模塊，用于獲取電子節氣門系統的運行工況參數；觀測器模型，用于在控制子裝置中的系統控制模型的基礎上，設計行之有效的觀測器模型從而獲得對未知系統狀態和集總擾動的觀測值，其中，觀測器模型中包含控制量和系統輸出；

觀測器模型設計如下：

其中，，表示電子節氣門系統參數的標稱值，為電子節氣門的閥門期望開度，為集總擾動的一階導數的界，為待設計的觀測器系數，、、分別為系統輸出、未知/不可測的系統狀態以及集總擾動的觀測值；

系統狀態和干擾觀測值計算模塊，用于根據運行工況參數獲取模塊所獲得的運行工況參數和所設計的觀測器模型，計算得到干擾觀測器所輸出的觀測值；交互模塊，用于進行控制子裝置與觀測子裝置之間的信息傳遞。

2.根據權利要求1所述的針對電子節氣門系統的非線性抗干擾控制裝置，其特征在于，所述運行工況參數包括：電子節氣門閥門開度的期望值、電子節氣門慣量的標稱值、電子節氣門的粘滯阻尼系數、復位彈簧轉矩以及摩擦轉矩。

3.根據權利要求1所述的針對電子節氣門系統的非線性抗干擾控制裝置，其特征在于，所述系統數學模型包括以下參數：直流電機的轉軸角度及角速度、電子節氣門閥門開度及角速度、電樞電路的總阻抗、電樞電流及電感、減速齒輪的輸入及輸出轉矩、由進氣氣流引起的干擾力矩、復位彈簧轉矩、負載轉矩以及摩擦力矩。

4.根據權利要求3所述的針對電子節氣門系統的非線性抗干擾控制裝置，其特征在于，數學建模過程中分析了直流電機和電子節氣門的電路和機械方程，并通過坐標變換，將數學模型轉換為便于后續設計的積分鏈式系統控制模型。

5.根據權利要求1所述的針對電子節氣門系統的非線性抗干擾控制裝置，其特征在于，在系統控制模型中分別將電子節氣門閥門實際開度與期望開度之間的跟蹤誤差及其導數定義為系統狀態變量，并引入了集總擾動的思想。

6.根據權利要求5所述的針對電子節氣門系統的非線性抗干擾控制裝置，其特征在于，所述集總擾動包括以下因素：多源干擾、不確定性以及實際系統中的未知非線性量。

7.根據權利要求6所述的針對電子節氣門系統的非線性抗干擾控制裝置，其特征在于，多源干擾包括傳動摩擦、彈簧復位轉矩、齒輪齒隙以及由進氣氣流、生產區別、使用時長所引起的外部干擾；不確定性包括摩擦力矩和復位彈簧轉矩的建模誤差，以及由發動機運行工況、海拔、氣溫、氣壓變化因素所致的直流電機和電子節氣門的參數不確定性；未知非線性量包括傳動摩擦轉矩、齒輪齒隙以及非線性彈簧轉矩。