压燃_低温燃烧柴油机进气系统鲁棒滑模控制

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1、2014年12月农业机械学报第45卷第12期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．12．003*压燃/低温燃烧柴油机进气系统鲁棒滑模控制李顶根何春萌(华中科技大学能源与动力工程学院，武汉430074)摘要:阐述了一种压燃/低温燃烧(CI/LTC)组合燃烧模式柴油机燃烧进气系统的非线性鲁棒控制策略。基于理想气体方程和质量守恒定律建立了柴油机进气系统的非线性状态空间模型，选择影响燃烧的进气系统关键变量进排气压力和进气组分作为系统输出变量，并采用鲁棒积分滑模方法设计了控制器。控制系统通过对

2、进气系统关键变量的跟踪控制，间接控制缸内条件参数，实现燃烧模式间的平滑切换。最后分别采用GT-Power和Matlab/Simulink软件耦合仿真和快速原型控制仿真验证该控制器的效果。其结果表明与独立PI闭环控制方法相比，该控制策略具有跟踪性能好、响应速度快、抗干扰能力和鲁棒性强等优点。关键词:压燃/低温燃烧缸内条件鲁棒控制积分滑模燃烧模式切换中图分类号:TP273;TK413.4文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)12-0018-07机的燃烧模式切换控制进行了研究，分别对2种燃引言［5］烧模

3、式设计了2组滑模控制器，实现了良好的转［6］柴油机相对于汽油机具有更好的动力性和燃油矩跟随和空燃比跟随效果。清华大学等基于PID经济性。然而柴油机的排放，尤其是氮氧化物和颗控制方法，提出并开发了组合燃烧模式下燃油和空粒物的排放水平比汽油机高。近年来，随着全世界气系统的协同控制策略等。范围内柴油机的排放法规越来越严格，低温燃烧本文提出一种新型的非线性鲁棒滑模切换控制(LTC)、均质混合压燃(HCCI)、预混压燃(PCCI)等策略，以期实现对CI/LTC组合燃烧模式柴油机的先进燃烧模式作为有效的减排手段得到越来越多的

4、切换控制。［1］研究。这些先进燃烧模式一般只能在中、低负荷1发动机模型工况下工作。在高负荷下，柴油机仍使用传统燃烧模式。为了覆盖组合燃烧模式柴油机的全部工况就研究对象为一现代高压共轨四缸直喷柴油机。需要实现先进燃烧模式和传统燃烧模式之间的切该发动机装配了可变截面涡轮(VGT)、废气再循环换。系统(EGＲ)、进气节气门(throttle)和尾气处理系先进燃烧模式对缸内条件和喷油参数的要求比统。该机排气歧管上装有一个宽域氧传感器较严格。就LTC燃烧模式，适当的柴油机进气阀关(UEGO)，此外还有3个温度压力传感器，安

5、装位置闭(IVC)时刻的缸内条件和喷油参数是实现柴油机如图1所示。LTC燃烧模式的关键。对于直喷发动机，随着高压1.1进排气系统共轨喷油系统的应用，发动机每循环喷油量、喷油定柴油机进气系统温度参数的变化明显慢于压力时和喷油压力等喷油参数的控制被认为是足够精确参数的变化，为了系统简化忽略温度参数的动态过的。而缸内条件，如进气氧含量组分、进气量、温度程。基于理想气体方程和质量守恒可以得到等参数相互耦合影响，存在典型的非线性环节，其控ＲT·1p1=(Wth+Wegr－We)(1)制实现具有更大的难度。柴油机进气系统的非

6、线性V1控制研究一直是柴油机电控技术中的热点问题。在ＲT·2p2=(Wc－Wth)(2)国外，研究者们应用了许多先进的控制算法，如V2［2］［3］［4］Lyapunov控制、线性变参数控制、滑模控制·ＲT1F1=(WthFa+WegrF3－WeF1)(3)等。美国西南研究院对CI/LTC组合燃烧模式柴油p1V1收稿日期:2013-11-24修回日期:2013-12-19*内燃机燃烧学国家重点实验室开放课题资助项目(K2010-12)和广东省部产学研结合资助项目(2010A090200010)作者简介:李顶根，副教

7、授，博士，主要从事内燃机电控研究，E-mail:lidinggen@hust．edu．cn第12期李顶根等:压燃/低温燃烧柴油机进气系统鲁棒滑模控制19γ－1ptγPt=ηtCpT3Wt[1－()](10)p3γ－11p2γPc=CpTaWc[()－1](11)ηcpa式中Pt———涡轮功率ηt———涡轮等熵效率Pc———压气机功率ηc———压气机等熵效率γ———气体比热容比γ在温度变化范围不大的情况下可认为是常图1双燃烧模式柴油机示意图值，且值为1.4。ηt和ηc是压比和转子转速的非线Fig．1Schemati

8、cdiagramofdoublecombustion性函数，其值随着发动机运行工况的变化而变化。modelingindieselengine1.2中冷系统ηvNeVdp1经压缩机压缩后的空气温度升高，导致空气密We=(4)120ＲT度减小。因此，有必要将压缩后的空气再经过冷却1式中Wc、Wth———压气机、节气门空气流量器，降低空气温度，进一步增大进气密度。中冷器可［10