发动机低温低气压环境测试装置的模糊控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种发动机低温低气压环境测试装置的模糊控制方法。在发动机低气压运行特性测试中，测试装置内部的气压环境需要维持在试验所需的参数值，从而保证发动机进气口获得持续稳定的低气压空气。本发明通过模糊控制方法建立输入误差和误差变化率与控制器输出之间的模糊关系，可编程控制器通过查询离线建立的模糊控制表得到控制器输出，实现测试装置内的气压控制。在发动机低压运行特性测试中，发动机从测试装置内吸收低气压空气，由于发动机进气口的动态特性相对复杂，难以建立测试装置内气压变化的精确数学模型，本发明以经验操作构建的模糊规则为依据进行推理与判断，能够有效实现测试装置内气压的稳定控制。
【专利说明】发动机低温低气压环境测试装置的模糊控制方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种发动机低温低气压环境测试装置，尤其是发动机低温低气压环境 测试装置的模糊控制方法。 技术背景：
[0002] 持续稳定的能源供给是在低温低气压极端环境下开展科学实验活动的前提，而燃 油发动机是能源动力的优先选择。燃油发动机在低温低气压环境下的启动和运行特性与普 通地区相比有很大的区别，为了获得良好的起动和运行性能，必须对所设计的发动机系统 进行充分的测试，从而可以对运行参数进行优化，因此有必要建立一套发动机低温低气压 模拟环境试验装置。
[0003] 专利（ZL2012207393243)公开了一种用于测试发动机低温低气压启动和运行特 性的装置，该装置采用双箱体结构，包括低温低气压箱和发动机测试箱，通过循环泵和循环 管道将低温低气压箱内部低温低压空气导入到发动机测试箱内。在发动机运行测试过程 中，发动机进气口从低气压箱中进气，为了保证发动机在低压环境下持续运行特性测试的 准确性，需要一套良好的控制算法，将箱内低气压环境维持在试验所需参数值。
[0004] 低温低气压箱内部的压力受到空气流入流量和流出流量的影响，空气流入流量通 过调节阀来控制，发动机运行过程中吸收的空气量取决于其运行工况和环境条件。由于发 动机的运行状况复杂多变，难以对其进气模型进行准确的数学描述。而发动机的进气量直 接影响着气压控制对象，这就导致了很难通过传统的控制算法（比如PID控制算法）来精 确控制箱内气压。一般来说，智能控制算法能够适应较为复杂的控制对象和控制任务。目 前发展起来的智能控制算法有模糊控制、神经网络控制、专家系统等，或者是将这些智能算 法与传统的控制算法相结合而形成的复合控制算法，这些算法能有效解决对象不确定时的 控制问题。
【发明内容】
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[0005] 在发动机低气压运行特性测试中，测试装置内部的气压环境需要维持在试验所需 的参数值，从而保证发动机进气口获得持续稳定的低气压空气。由于发动机的运行状况复 杂多变，难以对其进气模型进行准确的数学描述，从而无法获得精确的箱内气压变化模型。 本发明的目的是提供一种发动机低温低气压环境测试装置的模糊控制方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
[0007] 一种发动机低温低气压环境测试装置的模糊控制方法，包括以下步骤：
[0008] A、控制器采集低温低压箱中的气压传感器信号，计算气压偏差e和偏差变化率 ec ；
[0009] B、将气压偏差e和偏差变化率ec分别变换到模糊论域，得到E和EC ;
[0010] C、根据E和EC计算模糊控制表的查询地址，查询模糊控制表，获得模糊控制量U ; [0011] D、根据模糊控制量U计算控制器输出，对进气阀开度进行调节。
[0012] 模糊控制器的输入为气压偏差和气压偏差变化率，模糊控制器的输出为进气阀的 开度增量。在步骤A中，气压偏差e(k)定义为当前采样周期的气压传感器信号c(k)与气 压设定值sv之间的偏差，记为e(k) = sv-c (k)，偏差变化率定义为当前采样周期的气压偏 差e(k)与上一采样周期的气压偏差e(k-l)之间的偏差，等于ec(k) = c(k-l)-c(k)。
[0013] 在模糊控制方法中，首先将变量模糊化处理，在上述步骤B中，将气压偏差e和偏 差变化率ec变换到模糊论域中的方法为：记e的基本论域为[EMIN，EMAX]，ec的基本论域 为[ECMIN，ECMX]，取e和ec的模糊论域为[-6, 6]。则偏差e从实际论域变换到模糊论域的 量化因子为心=12ΛΕΜΑΧ-ΕΜΙΝ)，偏差变化率ec的量化因子为心。=12AECMAX-ECMIN)。 将模糊论域[-6, 6]离散化为离散集合{-6, -5, -4, -3, -2, -1，0, 1，2, 3, 4, 5, 6}，如果e和ec 经过量化后得到的E和EC不是整数，采用四舍五入原则将其归于离散集合中相邻的数值。
[0014] 为了在实际系统中实现控制算法，采用控制规则表查询的方式实现程序。在步骤 C中，所述的模糊控制表是根据E和EC对应的模糊语言变量的隶属度以及模糊推理规则离 线计算所得，在控制器中以二维数组U[13] [13]存储，二维数组起始地址均从0开始，变化 范围为[0, 12]。根据模糊量化后的E和EC值，模糊控制规则表中模糊控制量的查询地址为 U[E+6] [EC+6]。模糊控制规则表为如下表格：
[0015]
【权利要求】
1. 一种发动机低温低气压环境测试装置的模糊控制方法，其特征是模糊控制器的输入 为气压偏差和气压偏差变化率，模糊控制器的输出为进气阀的开度增量，模糊控制方法包 括如下步骤： A、 控制器采集低温低压箱中的气压传感器信号，计算气压偏差e和偏差变化率ec ; B、 将气压偏差e和偏差变化率ec分别变换到模糊论域，得到E和EC ; C、 根据E和EC计算模糊控制表的查询地址，查询模糊控制表，获得模糊控制量U ; D、 根据模糊控制量U计算实际控制输出，对进气阀开度进行调节。
2. 根据权利要求1所述的发动机低温低气压环境测试装置的模糊控制方法，其特征在 于：气压偏差e (k)定义为当前采样周期的气压传感器信号c (k)与气压设定值sv之间的偏 差，记为e(k) = sv-c(k)，偏差变化率定义为当前采样周期的气压偏差e(k)与上一采样周 期的气压偏差e (k_l)之间的偏差，等于ec (k) = c (k_l) _c (k)。
3. 根据权利要求1所述的发动机低温低气压环境测试装置的模糊控制方法，其特 征在于：将气压偏差e和偏差变化率ec变换到模糊论域中的方法为：记e的基本论域为 [EMIN, EMAX]，ec的基本论域为[ECMIN，ECMAX]，取e和ec的模糊论域为[-6, 6];误差e从 实际论域变换到模糊论域的量化因子为= 12ΛΕΜΑΧ-ΕΜΙΝ)，误差变化率ec从实际论域 变化到模糊论域的量化因子为Ke。= 12AECMAX-ECMIN)，将e和ec的模糊论域[-6, 6]离 散化为离散集合{-6, _5, -4, -3, -2, -1，0, 1，2, 3, 4, 5, 6}，如果e和ec经过模糊量化后得到 的E和EC不是整数，采用四舍五入原则将其归于离散集合中与其相邻的数值。
4. 根据权利要求1所述的发动机低温低气压环境测试装置的模糊控制方法，其特征在 于：所述的模糊控制表是根据E和EC对应的模糊语言变量的隶属度以及模糊推理规则离线 计算所得，所述模糊控制表在控制器中以二维数组U[13] [13]存储，二维数组起始地址均 从〇开始，变化范围为[〇, 12];当得到E和EC后，模糊控制表中模糊控制量的查询地址为 U[E+6][EC+6]〇
5. 根据权利要求4所述的发动机低温低气压环境测试装置的模糊控制方法，其特征在 于：所述模糊控制表中的值分别如下： U[0] [i] = (0, -1，-2, _2, _3, _3, _3, _4, _5, _5, _5, _5, _5); U[l] [i] = (2,1，_1，_1，_2, _2, _3, _4, _4, _4, _5, _5, _5); U[2] [i] = (3,2,0, _1，_2, _2, _3, _3, _3, _4, _5, _5, -5); U[3] [i] = (4,1，0,0, -1，-1，-2, -2, -2, -3, -5, -5, -5); U[4][i] = (4，l，0,0,0，-l，-2，-2，-2，-2,0，-5，-5; U[5][i] = (4，1，0,0，1，_1，_1，_1_2 _2_3_4_5); U[6][i] = (4,4,3,2,0，l，0，-l，-2，-2，-3，-4，-5); U[7][i] = (4,4,4,2,2,2,2，l，-l，-l，-2，-3，-4); U[8][i] = (4,4,4,4,3,3,3,2,0，-l，-2，-2，-3); U[9][i] = (5,5,5,4,4,4,3,2,2，l，-l，-l，-2); U[10][i] = (6,6,6,5,4,4,3,3,3,2,0，-l，-2); U[ll][i] = (6,6,6,5,5,4,4,4,4,2，l，-l，-2); U[12][i] = (6,6,6,6,6,5,4,4,4,2,0，-l，-2)。 其中i取值为从〇到12的整数。
6.根据权利要求1所述的发动机低温低气压环境测试装置的模糊控制方法，其特征在 于：根据模糊控制量U计算实际输出的方法为：u (k) = u (k-1) +KUU，其中Ku为模糊控制输 出从模糊论域变换到实际论域的比例因子：K U= (UMAX-UMIN)/12, [UMIN，UMAX]为输出增 量的基本论域。
【文档编号】G05B17/02GK104238374SQ201410480010
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】方仕雄, 魏海坤, 张侃健, 余冬冬 申请人:东南大学