一种柴油机瞬态油气协同控制方法、设备和介质

1.本发明属于柴油机控制技术领域，特别是涉及一种柴油机瞬态油气协同控制方法、设备和介质。


背景技术：

2.随着世界各国对于能源消耗和环境污染的高度重视，以及现代工业对动力机械的动力性及可靠性需求增大，促使对柴油机性能的要求不断提高。在近几年柴油机的研究发展中，对于可变配气系统、可变增压系统和高压共轨燃油系统的新技术以及控制策略优化上有着很多的成果，但是这些成果更多是对单一系统进行控制优化，这样忽视了多系统间的相互作用及其对整机性能的影响，这主要是因为柴油机属于典型的强耦合、非线性、时变系统，因此要实现柴油机性能的提高，多系统间的综合优化控制十分重要。
3.油气之间的匹配关系直接影响着柴油机的各样性能，对于进气量的控制主要靠可变增压系统进行调节，它的主要作用是在工况变化时通过调节进气量以保证柴油机稳定工作，但是在调节的瞬间进气量变化的同时油量不能及时调整，进而导致油气匹配不协调，特别在瞬态下容易造成转速波动等不良影响，因此油量的及时调整是解决这种瞬态影响的关键因素。
4.可变配气系统进气相位的改变会直接影响着气体进入气缸的时刻，所以除了油量的及时调整可以改善这种瞬态下的影响，适当的改变进气相位也会对这种突变有一定的改善作用。由此，本发明主要针对这种瞬态下的影响，通过对多个可调系统间协调优化控制，设计出一种柴油机瞬态油气协同控制方法。


技术实现要素：

5.本发明目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种柴油机瞬态油气协同控制方法、设备和介质。本发明主要作用是为了通过一种油气协同控制的方式来保证在进气量改变的瞬间柴油机可以更加稳定运行。
6.本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种柴油机瞬态油气协同控制方法，所述方法包括三个具体过程：首先是协同控制模式切换时刻的确认；其次是进气时刻的合理改变；最后是最佳油量的及时调整；所述方法具体包括以下步骤：
7.(1)确定可变增压系统执行机构状态切换时对应工况下的进气压力p0，进而建立系统之间的信号联系，同时所确定的p0可在标定实验下进行适当调整以求达到最佳执行时刻，最终得到压力阈值p1；
8.(2)预先设定好柴油机在可变增压系统执行机构状态切换时进气相位需调整值；
9.(3)预先设定好柴油机在可变增压系统执行机构状态切换时油量补偿值；
10.(4)采集柴油机工作进气压力p；
11.(5)通过将柴油机工作进气压力p和压力阈值p1进行对比，判断接下来所需切换控制模式；如果判断结果为不匹配则切换至非协同控制模式进入步骤(6)，否则切换至协同控
制模式进入步骤(7)；
12.(6)柴油机工作模式为非协同控制模式，此时可变配气系统采用原机进气相位，而燃油系统部分仍为pid控制；
13.(7)柴油机工作模式为协同控制模式，此时进气相位采用预先设定值进行调整，保证进气时刻在瞬态下的最优；而燃油系统部分在原pid基础上引入前馈补偿控制算法对油量进行合理调整，由此使油气之间在瞬态下协调匹配。
14.进一步地，所述的进气压力p0作用是为了确定控制模式切换的时刻范围，取值为可变增压系统执行机构状态切换时对应工况下的进气压力。
15.进一步地，所述的压力阈值p1取值需要在p0基础上通过实验进行适当调整以达到最优执行时刻。
16.进一步地，所述的进气相位调整值和油量补偿值用于控制模式切换后保证油气匹配协调，取值为实现瞬态转速波动缓解最优值。
17.本发明提出一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种柴油机瞬态油气协同控制方法的步骤。
18.本发明提出一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现所述一种柴油机瞬态油气协同控制方法的步骤。
19.本发明的有益效果为：
20.本发明的优势之一是本发明所设计的协同控制方法针对的是瞬态过程的优化，相较于大部分控制方法更多应用于稳态下的控制，这样忽视了瞬态下性能波动造成的影响，同时通过对进气压力的检测间接识别了需要切换模式的工况，有利于瞬态下的调整。另外，本发明另一个可取之处在于所设计的控制方法属于多可调系统之间的协调控制，对比单一系统的控制，这样可以尽可能减小系统之间的相互影响，进而在协同优化控制下提升柴油机性能。
附图说明
21.图1为本发明的控制流程图；
22.图2为本发明控制方法的概念图；
23.图3为本发明实例的控制系统结构图。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.本发明所提出的一种柴油机瞬态油气协同控制方法，主要是解决工况改变过程中为了保证柴油机稳定运行而调整进气量导致的油气不协调问题，瞬态下油气匹配不协调会直接造成转速突变、油耗增加以及排放恶劣等影响，为了能改善这种不良影响，本发明通过对多可调系统之间协调控制，实现了在瞬态工况下油量的及时调整以及进气时间的合理修正，最终达成了预期目标。
26.在附图2中，主要解释了本发明控制方法的设计思路，通过图2可以看出对于这种协同控制方法重点在于三个可调系统，分别为：可变增压系统、可变配气系统以及燃油系统。本发明主要是通过进气压力信号对这三个可调系统进行信号关联，当所采集的工作压力p满足设定的阈值压力p1后，柴油机控制模式从初始独立控制模式转换为协同控制模式，即可调系统之间建立信号关联，当模式切换后会在原独立系统控制基础上进行控制参数修正，针对本发明所需修正值包括进气相位和油量补偿值。其中，具体修正值需通过标定实验获取。
27.结合图1，本发明提出一种柴油机瞬态油气协同控制方法，所述方法包括三个具体过程：首先是协同控制模式切换时刻的确认；其次是进气时刻的合理改变；最后是最佳油量的及时调整；所述方法具体包括以下步骤：
28.(1)确定可变增压系统执行机构状态切换时对应工况下的进气压力p0，进而建立系统之间的信号联系，同时所确定的p0可在标定实验下进行适当调整以求达到最佳执行时刻，最终得到压力阈值p1；
29.(2)预先设定好柴油机在可变增压系统执行机构状态切换时进气相位需调整值；
30.(3)预先设定好柴油机在可变增压系统执行机构状态切换时油量补偿值；
31.(4)采集柴油机工作进气压力p；
32.(5)通过将柴油机工作进气压力p和压力阈值p1进行对比，判断接下来所需切换控制模式；如果判断结果为不匹配则切换至非协同控制模式进入步骤(6)，否则切换至协同控制模式进入步骤(7)；
33.(6)柴油机工作模式为非协同控制模式，此时可变配气系统采用原机进气相位，而燃油系统部分仍为pid控制；
34.(7)柴油机工作模式为协同控制模式，此时进气相位采用预先设定值进行调整，保证进气时刻在瞬态下的最优；而燃油系统部分在原pid基础上引入前馈补偿控制算法对油量进行合理调整，由此使油气之间在瞬态下协调匹配。
35.所述的进气压力p0作用是为了确定控制模式切换的时刻范围，取值为可变增压系统执行机构状态切换时对应工况下的进气压力。
36.所述的压力阈值p1取值需要在p0基础上通过实验进行适当调整以达到最优执行时刻。这主要是因为不同模式切换时间会对缓解转速突变的效果有着直接影响，对此为了能达到最佳效果需对压力阈值p1在p0基础上进行微调，具体数值需要通过标定实验获取。
37.所述的进气相位调整值和油量补偿值用于控制模式切换后保证油气匹配协调，取值为实现瞬态转速波动缓解最优值。具体数值需要通过标定实验获取。
38.如附图3所示为本发明一个仿真实例的控制系统结构图，其中主要包括了中速柴油机模型、进气相位控制器模型、燃油系统控制器模型以及各信号传递关系。另外，在这个仿真实例中，信号传递关系主要涉及到中速机模型和可调系统控制器之间的信号，以及控制模式切换所需要的信号。需要注意的是本仿真实例主要为了展示本发明方法，因此结构图重点展示了与本发明相关的系统控制器。
39.本发明提出一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种柴油机瞬态油气协同控制方法的步骤。
40.本发明提出一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被
处理器执行时实现所述一种柴油机瞬态油气协同控制方法的步骤。
41.以上对本发明所提出的一种柴油机瞬态油气协同控制方法、设备和介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。