[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

本發明公開了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，基于系統控制模型和連續有限時間抗干擾控制方法，針對電子節氣門閥門開度的跟蹤控制問題設計了一種控制裝置及設計方法。對于由進氣氣流、摩擦、彈簧扭矩、齒隙等因素引起的多源干擾、不確定性及非線性，本發明設計了一種觀測方法及裝置，在有限時間內實現了對集總干擾和系統狀態變量的準確估計。本發明將連續終端滑模控制方法和輸出反饋控制方法相結合，有效地抑制了電子節氣門系統中的多源干擾、不確定性及非線性的不利影響，使系統在受擾的情況下，在有限時間內實現了對電子節氣門閥門開度的精確跟蹤控制，同時降低了系統的硬件成本，提高了系統動態特性、穩態特性及抗干擾能力。

技術領域

本發明涉及一種電子節氣門系統控制技術，屬于車輛發動機內燃系統控制技術領域。

背景技術

近年來，隨著能源短缺問題逐漸加劇，車輛發動機控制系統中的能源問題愈發得到重視。與傳統節氣門不同，電子節氣門因其高效、環保、節能等優勢成為了近期研究的熱點并得以廣泛應用。

在傳統節氣門系統中，節氣門閥體通過線圈與油門踏板直接相連，其開度僅與踏板的位移量有關，純機械結構使得其控制方法相對簡單，屬于直接控制。而在電子節氣門系統中，控制方式為間接控制，電控單元通過接收踏板的位移量信息，實現對電子節氣門閥門開度的控制。因此，電子節氣門被廣泛應用于發動機內燃控制系統中，被視為車輛發動機內燃系統中的“咽喉”。通過控制不同工況下的進氣量，電子節氣門能夠對發動機空氣-燃油比例進行控制和調節，在實際過程中還需要考慮發動機運行工況、發動機轉速、發動機轉矩以及各類環境因素的影響。

如圖1、圖2所示，本發明所研究的電子節氣門系統100與傳統節氣門不同，其運行原理可以具體描述如下：當駕駛員踩下油門踏板101時，踏板位置傳感器107可以檢測到當前的踏板位置信號，并將踏板位移量傳送至電控單元102，通過計算空氣-燃油的期望比例，得到對應的閥門期望開度。同時，電控單元通過脈沖寬度調制(PWM)方法驅動直流電機103，獲得初始旋轉轉矩。由于減速齒輪組105可以實現直流電機軸承209與電子節氣門風門軸215之間的轉矩傳動，因此，可以通過調節直流電機103的轉矩控制電子節氣門104的閥門開度。此外，閥門角度傳感器可以測得電子節氣門104的閥門開度，復位彈簧對106a、106b可以控制電子節氣門104的閥門運動，并使其回到默認位置，且在失電情況下使其穩定在安全區域內。

由于在實際工程應用中，電子節氣門系統需具備排污量低、工況適應度高等特質，因此其控制性能還需滿足如下要求：響應快、無超調、穩態精度高、工程實現便捷等等。然而，由于實際工程環境較為復雜，電子節氣門系統往往受到發動機抖動、高溫、排碳量增加等因素引起的多源干擾、不確定性以及非線性的影響。其中，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、使用時長等所引起的外部干擾；不確定性主要為發動機運行工況、海拔、氣溫、濕度、氣壓變化等因素所導致的系統元器件的參數不確定性；未知非線性量主要由上述因素(如傳動摩擦、彈簧復位轉矩、齒輪齒隙等)引起，并會對整個系統的性能產生不良影響。

為了進一步提高電子節氣門系統的控制性能，多種先進控制方法得以研究并成功應用，例如，PID控制、模糊控制、神經網絡控制、自適應控制、滑模控制等，上述方法從不同方面推動了電子節氣門控制技術的進步。其中，滑模控制方法因其在跟蹤精度和魯棒性上的雙重優勢而備受關注，但由于其控制律中包含符號函數，控制量的不連續性將帶來抖顫，甚至降低系統的跟蹤精度和魯棒性。此外，現有的方法多采用狀態反饋控制，即需要獲得系統狀態量的全部信息，并且僅能使系統漸近收斂而非在有限時間內收斂，因此，在一定程度上增加了系統的成本，且無法滿足系統的快速跟蹤和高容錯性要求。基于上述背景，亟待設計一種切實有效的控制策略，提高電子節氣門系統的收斂速度和抗干擾性能，并滿足實際工程要求。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了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，達到連續有限時間抗干擾控制的目標，實現對電子節氣門閥門期望開度的快速準確跟蹤以及對多類型干擾的精確補償抑制。