空气增压系统的在线自适应pid控制的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及内燃发动机的控制。
【背景技术】
[0002] 此部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息。因此，这些陈述并不意欲构成 先前技术的认可。
[0003] 发动机控制包括基于所需发动机输出的发动机的操作中的参数控制，发动机输出 包括发动机速度和发动机负载以及所得操作，例如包括发动机排放。发动机控制方法所控 制的参数包括空气流量、燃料流量以及进气阀和排气阀设置。
[0004] 可以为发动机提供升压空气以将与自然吸气进气系统有关的增加的空气流量提 供给发动机，从而增加发动机的输出。涡轮增压器使用发动机的排气系统中的压力来驱动 压缩机，从而将升压空气提供给发动机。示例性涡轮增压器可以包括可变几何涡轮增压器 (VGT)，从而使得能够在排气系统中的给定条件下调节升压空气。增压器使用来自发动机的 机械功率(例如，如由辅助皮带提供）以驱动压缩机，从而将升压空气提供给发动机。发动机 控制方法控制升压空气以控制发动机内的所得燃烧和发动机的所得输出。
[0005] 排气再循环(EGR)是另一个发动机控制参数。发动机的排气系统内的排气流没有 氧气并基本上是惰性气体。当与燃料和空气的燃烧充量组合地引入到燃烧腔内或保持在燃 烧腔内时，排气缓和燃烧从而减少输出和绝热火焰温度。在先进的燃烧策略中（例如包括均 质充量压缩点火(HCCI)燃烧），也可以将EGR与其他参数组合地控制。还可以控制EGR以改变 所得排气流的性质。发动机控制方法控制EGR以控制发动机内的所得燃烧和发动机的所得 输出。
[0006] 用于发动机的空气处理系统管理进气空气和进到发动机中的EGR的流量。空气处 理系统必须被装备成符合增压空气成分目标(例如，EGR分数目标）以实现排放目标，并且符 合总空气可获得目标(例如，充量流量质量流量）以实现所需功率和扭矩目标。最严重影响 EGR流量的致动器通常影响充量流量，并且最严重影响充量流量的致动器通常影响EGR流 量。因此，具有现代空气处理系统的发动机为多输入多输出(MHTO)系统呈现联接的输入-输 出响应回路。
[0007] ΜΜ0系统(其中输入被联接，即输入-输出响应回路彼此影响)存在本领域中熟知 的挑战。发动机空气处理系统存在另外的挑战。发动机在大范围的参数下工作，所述参数包 括可变发动机速度、可变扭矩输出以及可变加燃料和正时排程。在许多状况下，不可获得用 于系统的准确传递函数，和/或不可获得标准解耦计算所需的计算功率。
[0008] 可以使用控制回路来确定升压空气和EGR控制命令。可以将反馈控制方法用于控 制回路中以最小化测量出的过程变量与所需设置点之间的误差。将此最小化的误差用于系 统控制命令(诸如升压空气控制命令和EGR控制命令)的反馈控制校准中。
【发明内容】
[0009]内燃发动机包括空气增压系统。控制空气增压系统的方法包括提供用于空气增压 系统的所需操作目标命令以及监控空气增压系统的操作参数。确定用于空气增压系统的所 需操作目标命令与空气增压系统的所述操作参数中的对应操作参数之间的误差，并且使用 PID控制器基于该误差来确定排程的PID增益。应用自适应算法以修改排程的PID增益，并且 基于修改后的排程的PID增益来确定用于空气增压系统的系统控制命令。基于用于空气增 压系统的系统控制命令来控制空气增压系统。
[0010]本发明包括以下方案： 1.控制内燃发动机的空气增压系统的方法，所述方法包括： 提供用于空气增压系统的所需操作目标命令； 监控空气增压系统的操作参数； 确定用于空气增压系统的所需操作目标命令与空气增压系统的所述操作参数中的对 应操作参数之间的误差； 使用PID控制器基于所述误差来确定排程的PID增益； 应用自适应算法以修改排程的PID增益； 基于修改后的排程的PID增益来确定用于空气增压系统的系统控制命令;以及 基于用于空气增压系统的系统控制命令来控制空气增压系统。
[0011] 2.如方案1所述的方法，其中所需操作目标命令包括目标排气比。
[0012] 3.如方案1所述的方法，其中所需操作目标命令包括目标升压压力。
[0013] 4.如方案1所述的方法，其中空气增压系统的操作参数包括进气歧管压力、进气 歧管温度、压缩机入口压力和压缩机入口温度。
[0014] 5.如方案1所述的方法，其中所述排程的PID增益根据以下关系来确定：
其中KP是比例增益， 心是积分增益， KD是微分增益， t是时间，以及 e(t)是确定设置点与受监控的系统参数之间的误差值的误差函数。
[0015] 6.如方案1所述的方法，其中应用自适应算法以修改排程的PID增益包括使用根 据以下关系表达的梯度搜索来应用自适应算法： 其中Γ是自适应增益，
1?是成本函数的全局最小值， ε是等于e(t)的误差值， g(t)是系统增益函数， Θ是PID增益的向量。
[0016] 7.如方案1所述的方法，其中修改排程的PID增益的自适应算法是根据以下关系 来表达：
其中k是排程的增益的当前迭代，以及 :雄^是离散取样率， Γ是自适应增益， Kp是比例增益， Κ:是积分增益， KD是微分增益， t是时间， g(t)是系统增益函数， e(t)是确定设置点与受监控的系统参数之间的误差值的误差函数，以及 ε是等于e(t)的误差值。
[0017] 8.如方案1所述的方法，其中应用自适应算法以修改排程的PID增益包括根据以 下关系表达的将自适应算法应用于一般非线性系统：
其中k是排程的增益的当前迭代，以及 是离散取样率， Γ是自适应增益， KP是比例增益， 心是积分增益， KD是微分增益， t是时间， 是被控对象函数的偏导数， e(t)是确定设置点与受监控的系统参数之间的误差值的误差函数，以及 ε是等于e(t)的误差值。
[0018] 9.如方案1所述的方法，其中应用自适应算法以修改排程的PID增益包括将自适 应算法应用于一般非线性系统包括： 通过将所述误差乘以当前误差、过去误差和未来误差的预测中的每一个来确定PID误 差项组； 通过将PID误差项组乘以基于系统控制命令的偏导数和空气增压系统的所述操作参数 中的对应操作参数的偏导数的系统增益来确定PID系统增益项组； 通过将PID系统增益项组乘以自适应率来确定自适应的PID系统增益组； 通过将自适应的PID系统增益组进行积分来确定PID排程的增益修改量组;以及 通过将PID排程的增益修改量添加到排程的增益来修改排程的PID增益。
[0019] 10.控制内燃发动机中的排气再循环系统、空气节气门系统和空气增压系统的方 法，所述方法包括： 提供用于排气再循环系统、空气节气门系统和空气增压系统中的每一个的所需操作目 标命令； 监控用于排气再循环系统、空气节气门系统和空气增压系统中的每一个的操作参数； 确定用于排气再循环系统、空气节气门系统和空气增压系统中的每一个的受监控的所 需操作目标命令与相应系统的对应操作参数之间的误差； 使用PID控制基于排气再循环系统、空气节气门系统和空气增压系统中的每一个的相 应误差来确定用于排气再循环系统、空气节气门系统和空气增压系统中的每一个的排程的 PID增益； 应用自适应算法以修改排程的PID增益中的每一个； 基于相应的修改后的排程的PID增益来确定用于排气再循环系统、空气节气门系统和 空气增压系统中的每一个的系统控制命令;以及 基于所述系统控制命令来控制空气增压系统。
[0020] 11.如方案10所述的方法，其中用于排气再循环系统、空气节气门系统和空气增 压系统中的每一个的所需操作目标命令包括目标排气比。目标压缩机压力比和目标升压压 力。
[0021] 12.如方案10所述的方法，其中空气增压系统的操作参数包括进气歧管压力、进 气歧管温度、压缩机入口压力和压缩机入口温度。
[0022] 13.如方案10所述的方法，其中确定用于排气再循环系统、空气节气门系统和空 气增压系统中的每一个的排程的PID增益包括： 使用PID控制器确定用于排气再循环系统、空气节气门系统和空气增压系统中的第一 个的排程的PID增益； 使用PID控制器确定用于排气再循环系统