基于平均值模型的柴油机空气系统控制策略研究

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1、国内图书分类号：TK422密级：公开国际图书分类号：621.4西南交通大学研究生学位论文基于平均值模型的柴油机空气系统控制策略研究年级2015级姓名肖骏林申请学位级别工程硕士专业车辆工程指导老师胡广地教授二零一八年四月SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHONCONTROLSTRATEGROFDIESELENGINEAIRSYSTEMBASEDONMEANVALUEMODELGrade:2015Candidate:XiaoJunlinAcademicDegreeAp

2、pliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:VehicleengineeringSupervisor:Prof.HuGuangdiApr.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要废气再循环（EGR）和可变几何截面涡轮增压（VGT）是发动机机内净化的主要措施，能够有效降低排放，但随着国VI排放法规中要求柴油机裸机排放限值的颁布，仅通过控制EGR与VGT已难以达到排放要求。而在加入节气门之后，能够在低负荷时通过控制节气门开度来提供更高的EGR率和一定空燃比来满足国VI排放要求。目前，对于三者耦合

3、控制的研究较少，仅通过标定加上简单的PID控制，因此有必要对节气门、EGR和VGT设计非线性协调控制器。本文由此展开了如下研究：1）基于GT-POWER建立了带有EGR、VGT和节气门的四缸柴油机模型，一方面通过稳态及瞬态工况验证了模型的真实性，另一方面分析了各阀门开度对于排放的影响。结果表明，所建立的GT-POWER模型能够模拟真实发动机的工况，同时引入进气节气门后，能够减少PM排放。2）基于所建立的GT-POWER模型提供的数据，建立了能够面向控制的四缸柴油机四阶平均值模型，并通过稳态及瞬态工况验证。结果表明，所搭建的平均值模型

4、具有极高的精度。3）基于所搭建的平均值模型，本文设计了多输入多输出模型预测控制器和滑模控制器，其目的是能够准确的跟踪进气空气流量和进气增压压力。还验证了控制器的鲁棒性能。结果表明，滑模控制算法具有更高的控制精度及鲁棒性。4）基于所搭建的四阶柴油机模型，搭建了带有EGR、VGT及节气门的二级增压柴油机的五阶平均值模型，并设计了滑模控制器，对比了二级增压柴油机与原有柴油机的控制效果。结果表明，滑模控制器具有良好的控制效果。关键词：节气门；EGR；VGT；二级增压；平均值模型；滑模控制西南交通大学硕士研究生学位论文第II页Abstract

5、Exhaustgasrecirculation(EGR)andvariablegeometryturbocharger(VGT)aremainmeasurestoreducedieselemissionfromtheinsideoftheengineHowever,withtheenactmentoftheemissionlimitofthebareengineintheCHINAVIemissionregulations,itisdifficulttomeettheemissionrequirementssimplybycontr

6、ollingtheEGRandVGT.Therefore,theintakethrottlemustbeadded,itcanprovidehigherEGRrateandacertainaircombustionratiotomeettheCHINAVIemissionregulations.Atpresent,therearefewresearchesonthecouplingcontrolofthethrottle,EGRandVGT,theexistingstrategyiscontrollingonlybythecalib

7、rationandsimplePIDcontrol,itisnecessarytodesignanonlinearcoordinationcontrollerforthrottle,EGRandVGT.Theresearchcontentofthispaperisdividedintofourparts:1)Wehavebuiltafourcylinderdieselenginemodelwiththrottle,EGRandVGTbasedonGT-POWER,thenanalyzingtheeffectofvalveonemis

8、sionandvalidatingthemodelinsteadyandtransientstate.TheresultsshowthattheGT-POWERmodelwebuiltcanaccuratelysimulatether