vgt涡轮增压 涡轮增压柴油机egr-vgt协调控制器的设计与仿真_图文

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2、信号的响应特性。如图４所示，在不同ＶＧＴ导向叶片初始开度的情况下，使Ｕ，ＶＧＴ阶跃变化，Ａ。呈现出两种不同的变化趋势和明显的非线性特性。由于ＥＧＲ和ＶＧＴ之间强烈的耦合作用使得ＥＧＲ和ＶＧＴ控制信号中任何一个发生变化都会影响ＸＥＧＲ和Ａ。，因此，从理论上讲，“ＥｃＲ和／ｚＶＧＴ都可以用来控制戈呦。但是要特别注意Ａ。的控制过程，如果用／／＇ＶＧＴ控制Ａ。，在很大的工作范围内都会出现ＤＣ增益变号和非最小相位特性‘１“。时间／ｓａ）氧气燃油比的非最小相位特性时间，ｓ54ｂ）氧气燃油比ＤＣ增益变号图４氧气燃油比对发动机转速阶跃变

3、化的响应如图４ａ）所示，当Ｍ。。，降低时，Ａ。先迅速减小，然后缓慢增大，表现出典型的非最小相位特性。造成这种现象的原因是，系统存在两种相互影响并且变化速度不同的动力学特性。与空气流量相比，涡轮转速的变化较慢。当Ｍ。。，减小时，ＥＸＭＰ增大，ＥＧＲ流量增加，因此，一开始Ａ。减小。但由于ＶＧＴ万方数据开度的减小使ｎ，得增加，进气量增加，Ａ。又逐渐增加，增加的趋势大于初始减小的趋势。在图４ｂ）中，54其他条件不变，仅改变／／＇ＶＧＴ的变化范围，则表现出完全不同的特性，不仅没有增大，反而减小，出现了ＤＣ增益变号，这种非线性特性会

4、影响控制的精确性。用１ｚＥＧＲ来控制人。则可以避免这种情况的发生，虽然在／／＇ＥＧＲ小于５０％的很小一部分工况下仍会出现非线性最小相位特性和ＤＣ增益变号，但此时Ａ。大于其目标值，控制器会增大／／，㈣来减小Ａ。，系统会很快的离开这些工况点。３．３主控制回路基于以上的分析，采使ＵＥＧＲ控制Ａ。，采用Ｕ．，ＶＧＴ控制戈。。。，形成以下主控制回路：ｕＥＧＲ＝ＰＩＤ（ｅｈ），ＭｖＧＲ＝ＰＩＤ（ｅ‰Ｒ）（９）式中，ｅ．。和ｅＸＥＧＲ分别是Ａ。和算眦的控制偏差，控制54器的输出为ＥＧＲ和ＶＧＴ控制信号的占空比。３．４辅助控制回路当肘。

5、很低时，需要大幅减小戈咖，此时，控制器会增加／ｚＶＧＴ来减小戈。。。。但如果／－ＺＶＧＴ增加到１００％，仍无法保证ＸＥＧＲ达到目标值时，则需要通过／ＺＥＧＲ来进行辅助控制，减小ＥＧＲ阀的开度以降低ＥＧＲ流量。实际的ＵＥＧＲ为两个ＰＩＤ控制器的最小输出值。当需要较大的＂茗ＥＧＲ时，增大ｕ。。。同时大幅度减小“ＶＧ，，提高增压压力，但这会使／２，增大。为了／２。将限制在允许的范围内，当凡。超过目标值时，适当增加ｕ。ＧＴ来降低／２。，即／－ＺＶＧＴ为两个ＰＩＤ控制器的最大输出值。当曩小于目标值时，控制器减小／Ｌ。。，以增加１／

6、，。，但是如果此时戈。。。已经达到目标值，则ｕ。。，不再减小。因此，在主控制回路的基础上形成两个54辅助控制回路ＰＩＤ（ｅ。。）和ＰＩＥ（ｅ。．）：／／＇ＥＧＲ＝ｍｉｎ（ＰＩＤ（ｅ＾。），ＰＩＤ（ｅ诋Ｒ））＋ＴＣＳＬ，，。、口ｖｃＴ＝ｍａｘ（ＰＩＤ（ｅ。．），ＰＩＤ（ｅ，，。。））＋ＴＣＳＬ式中，ｅ。．为涡轮转速凡。的控制偏差。３．５安全函数当驾驶员快速踩下加速踏板时，需要迅速提高增压压力来增加进气量，但如果ＶＧＴ导向叶片关闭速度过快，可能会导致／２。在短时间内超过其最大限值ｎ。，，为了避免出现这种情况，需要对ＵＶＧＴ和

7、／Ｚ啪进行调整，这可以通过一个安全函数ＴＣＳＬ【ｌ副来实现。当检测到１／，。超过几…时，ＴＣＳＬ将增大ＥＧＲ和ＶＧＴ控制信号，降低Ｒ。ＴＣＳＬ＝ｍａｘ（ＰＤ（ｅｎｔ。。））54（１１）式中，ｅｎｔｍａｘ为涡轮转速控制偏差的最大值。通过使用ＰＩＤ控制器和最小／最大选择器，得到内燃机与动力装置２０１３年４月用于最小化ＮＯ，和ＰＭ排放的ＥＧＲ—ＶＧＴ协调控制器，如图５所示。图５ＥＧＲ—ＶＧＴ控制系统结构图３．６控制器的仿真验证在ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下，基于发动机平均值模型，验证建立的控制器的控制效果。为了模拟不同

8、的发动机工况，设定发动机转速ｎ。连续阶跃变54化，如图６所示。喷油量信号ｕ。保持不变，被控变量的目标值根据托。和Ｈ。查表得到，由图５中的“Ｓｅｔｐ”模块实现。其中，ｘｅｇｒｓｅｔｐ，ｎ＿ｔｓｅｔｐ和ｌａｍｂｄａ—Ｏｓｅｔｐ分别为戈眦。、凡。和Ａ。，的目标值。发动机转速阶跃变化时ｎ。、Ａ。和芏ｍ。的响应如图７所示。在阶