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《车用燃气发动机理想空燃比的融合控制算法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第40卷第8期西南大学学报(自然科学版)2018年8月Vol.40No.8JournalofSouthwestUniversity(NaturalScienceEdition)Aug.2018DOI:10.13718/j.cnki.xdzk.2018.08.023车用燃气发动机理想空燃比的融合控制算法①杨张利重庆电子工程职业学院建筑与材料学院,重庆401331摘要:针对车用燃气发动机空燃比难于实时精确控制,探讨了一种最优空燃比融合控制策略.首先分析了燃烧室的控制论特性,研究了优化的控制策略,基于HSIC动静态特性与误差特征识别模型,构造了基于HSIC控制算法
2、.在Matlab环境下,分别采用基于仿人智能融合控制与Smith最优PID控制的算法作了仿真对比研究,系统响应验证了融合控制算法优于Smith最优PID控制策略.仿真结果表明,采用融合控制算法实现对燃气发动机的最优空燃比控制是合理与可取的.关键词:汽车发动机;空燃比;优化控制;融合控制策略中图分类号:TP273文献标志码:A文章编号:16739868(2018)08017205发动机控制系统是由空燃比等多个控制模块组成的复杂系统,控制性能的优劣直接关系到整车的动力性、经济性与有害气体排放,其中关键的核心部分是空燃比控制模块,空燃比是影响整车性能的决定性因素,
3、无论是燃油机还是燃气机,最终发动机的动力都是来源于燃气的氧化燃烧.过量的空气(氧)可保证燃气的充分燃烧,但是热效率降低了;空气的不足必然引起燃气燃烧的不充分,导致未经燃烧的燃气随废气排放至大气,从而污染人们赖以生存的生态环境,因此在燃烧过程中必须将空燃比控制在化学当量附近(过量空气系数=1±0.1005),因此研究满足所有工况下的空燃比控制策略具有重要意义.对此学者们作了大量的研究,如文献[1]对汽车控制系统研究现状进行了综述并提出了新的研究方向,文献[2]研究了汽油机空燃比控制和时间延迟的关系,文献[3]研究了燃气发动机空燃比控制策略等等.本文将从控制策略
4、融合应用的角度探讨燃气发动机的最优空燃比控制策略.1燃烧过程的控制论特性与控制策略1.1过程控制论特性汽车平稳运行与有害气体低排放有赖于理想空燃比的控制,要将其精确地控制在理论空燃比附近存在诸多控制难点,如控制中氧传感器响应存在迟滞性,空燃比反馈控制的响应时间长,因此难以实时正确地反馈空燃比;由于存在动态的充排气现象,导致按照进气量计算出的喷油量出现偏差;进气管内油膜动态特性可能引起油膜蒸发进入气缸和蒸气直接进入气缸,导致空燃比变化;由于喷油过程在进气过程之前,节气门在开关过渡过程中,进气流量可能发生较大变化,因此时间顺序也可能造成空燃比变化等等.导致上述产
5、生空燃比变化的现象是多种多样的,但是从控制论角度剖析其机理,可将其归纳为燃①收稿日期:20171219基金项目:重庆市教委科技项目(KJ1729407).作者简介:杨张利(1979),男,讲师,硕士,主要从事智能自动化工程系统方面的教学与科研工作.2西南大学学报(自然科学版)http://xbbjb.swu.edu.cn第40卷[4-6]烧过程具有不确定性复杂过程的控制论特性,这正是传统控制面临的挑战.表现在:①燃烧过程难以进行数学描述与建模,燃烧过程复杂度高,结构化程度差,具有显著的半结构与非结构特征,影响燃烧的不确定性因素众多.尽管文献[7]对天然气发动
6、机空燃比的自适应控制进行了研究,但是该文并未涉及燃烧过程的数学建模型问题.②反映燃烧状态的变量之间存在关联耦合,关系错综复杂,难于通过状态解耦变换为单变量的简单控制.③燃烧过程的强非线性特性因其受不确定性因素影响难于进行量化处理.④燃烧过程参数呈现参数时滞的未知性与时变性.⑤燃烧过程与运行状况有关,由于运行所处环境复杂多变,受外部环境干扰影响,运行状态的切换具有极大的不确定性.针对上述控制论特性,传统方法(无论基于经典还是近代控制理论的方法)因受控制器结构的固定约束与控制功能的局限性不可能实现对燃烧过程的理想空燃比控制.1.2融合控制策略燃烧过程的不确定性导
7、致过程参数与过程模型结构在一个大范围内变化,难以事先预测,因此其控制过程属于病态结构,传统控制策略很难通过对燃烧过程的控制实现期望的理想空燃比.从传统控制角度考虑,理想空燃比的控制本身就是一个理想运动轨迹的过程跟踪问题,但是传统控制系统的输入与输出不接受非数量形式的信息数据,缺乏解决高度非线性等控制问题的有效手段,也难以与外部环境进行信息交换,因此传统控制对不确定性复杂燃烧过程控制是无能为力的.随着人工智能和自动控制理论的发展,智[8-10]能控制为理想空燃比控制提供了可供参考借鉴的控制策略.智能控制是一种无须人工干预就可自主地驱动智能控制器达到期望控制目标
8、的自动控制技术,其中特别值得指出的是仿人智能控制器.
