[發明專利]一種油量執行器系統建模與先進控制方法

有效

• 申請號: 201811356722.5
• 申請日: 2018-11-15
• 公開（公告）號: CN109407510B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 李世華;孫昊;戴忱;楊俊;胡建沛;王旭明;潘婕
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 周蔚然

本發明公開了一種油量執行器系統建模與先進控制方法，適用于在油量執行器系統的高精度位置角度跟蹤控制。油量執行器是電控分配泵的核心部件之一，其直接控制著柴油發動機的燃油噴射量。本發明考慮了旋轉電磁鐵和復位彈簧等非線性特性的建模，得到了油量執行器系統的數學模型。進而，在系統建模抵消非線性之后引入擴張狀態觀測器對系統集總擾動進行估計，在此基礎上設計了模型預測控制器，從而得到復合控制器來控制油量執行器系統在有集總擾動情況下能夠快速地高精度跟蹤目標位置角度，該方法實現簡單,參數調節較少，不但可以提高油量執行器系統快速跟蹤參考信號的目的，而且可以有效地減小油量執行器穩態波動，滿足高性能油量執行器系統的應用。

技術領域

本發明屬于油量執行器控制領域，具體涉及一種柴油機油量執行器建模與基于擴張狀態觀測器的非線性模型預測控制技術的油量執行器系統控制方法。

背景技術

自21世紀以來，隨著汽車數量的極大增長，能源短缺和環境污染問題愈加嚴峻。為了應對全球化石能源短缺以及環境問題的日益加劇，汽車工業持續不斷地進行著能源領域的技術革新。與此同時，政府出臺了越來越嚴格的排放法規，這些都對內燃機的控制提出了更高的要求。柴油機作為內燃機的一種，相較于汽油機具有扭矩大，經濟性好等優點。但柴油機由于工作壓力大，其燃油噴射系統的設計與控制具有極高的難度。因此，將先進的控制算法運用到柴油發動機控制中對改善柴油機的控制性能和滿足排放法規的嚴格要求都是至關重要。

電控軸向分配噴射泵是一種位置式控制的油量噴射系統。而油量執行器是分配泵中的一個關鍵執行部件，用于直接控制噴射進燃燒室的油量。其控制噴油量的準確度直接決定著發動機的動力性能和排放性能。油量執行器主要由三部分組成：旋轉電磁鐵，霍爾傳感器和發動機控制單元。旋轉電磁鐵通過安裝在轉子上偏心球的旋轉控制著分配泵柱塞上滑套的位置即供油行程，從而控制噴油量。霍爾傳感器用于測量旋轉電磁鐵轉子旋轉的角度。滑套位置的準確響應以及穩態波動的大小直接影響著發動機的啟動、怠速、加速等性能。所以油量執行器的控制研究對改善發動機性能至關重要。

目前，油量執行器系統多采用PID控制器，文獻(Yawei Ma,and FeiyunXu.Application of discrete tracking differentiator to electronic controlsystem of diesel engine[C].International Conference on Electric Informationand Control Engineering(ICEICE),pp.3005-3008,2011.)通過在傳統線性PID控制器中引入跟蹤微分器，通過事先安排過渡過程并對輸出信號進行濾波，改善了線性PID控制器的控制效果。在實際工況中，由于油量執行器系統的工作場合要求輸出跟蹤的高精度，而且要求能夠快速的動態響應以適應各種不同的工況。但是，油量執行器系統中存在著電磁轉矩及復位彈簧等非線性特性和外部干擾，線性控制器無法有效地處理系統的非線性特性，進而無法滿足油量執行器在各種工況下的高性能要求。在有擾動的情況下，利用積分來消除擾動對輸出位置角度帶來的影響，是一種被動且速度較慢的反饋控制方式，特別是在系統遇到快速時變或者周期性的擾動時很難快速地跟蹤給定信號，這些擾動主要包括外部轉矩干擾，電壓輸入變化等。