一种基于复合抗扰的柴油机vgt-egr系统的解耦控制方法

一种基于复合抗扰的柴油机vgt-egr系统的解耦控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于复合抗扰的柴油机VGT-EGR系统的解耦控制方法，主要包括静态前馈控制，动态前馈控制以及主动抗扰控制ADRC。本发明将VGT-EGR系统这个两输入两输出系统转化为两个单输入单输出通道，把两个通道之间的耦合影响，每个通道的动态特性随发动机工况的变化，以及外界环境的干扰统一视为总扰动。使用ADRC对总扰动进行实时观测和补偿，无需精确建模。但ADRC的带宽受到了采样频率和噪声的限制，瞬态跟踪较慢。为此，本发明加入了静态前馈控制，并特别设计了一种简单、有效的基于模型的动态前馈控制。仿真和实验验证结果均表明：本发明的控制参数标定简单，且只需要一套参数，就可实现在全工况内的增压压力和进气量的快速跟踪。
【专利说明】-种基于复合抗扰的柴油机VGT-EGR系统的解耦控制方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及柴油机空气系统的控制，特别设计配备有可变几何截面涡轮（VGT)和 外部废气再循环（EGR)系统的柴油机，增压压力和新鲜进气量的解耦控制。

【背景技术】
[0002] 柴油机空气系统是控制进气成分（主要包括新鲜空气和再循环废气）、进气压力 和温度的重要环节，对于改善柴油机燃烧过程，降低油耗和排放具有至关重要的作用。随着 排放法规要求的日益严格，空气系统的结构日趋复杂，控制精度和响应速度要求也日渐提 高，使得空气系统的控制面临越来越大的挑战。空气系统的硬件配置方案多种多样，其中， 可变几何截面增压器（VGT)和废气再循环（EGR)系统（以下简称VGT-EGR系统），是一种有 效结构相对简单，成本较低，适用面较广的方案。通过对VGT喷嘴环和EGR节流阀门（2个 控制输入）的协同控制，可以实现对新鲜空气量和EGR量（2个被控输出量，因实际传感器 限制，常以增压压力p im和新鲜进气量Wa作为替代变量）的灵活调节，进而改变柴油机缸内 的燃烧过程，实现氮氧化物和颗粒排放的同时优化。
[0003] 但是，对于VGT-EGR这样一个两输入两输出系统，其瞬态过程的动态特征极为 复杂。其原因在于：通过VGT的新鲜空气和流过EGR阀的废气量由同一个能量源-柴油 机的废气能量驱动，但是两者之间相互干扰、影响，呈现耦合特性。另外，已有研究结果 表明，VGT-EGR系统还有非最小相位，变号，超调等控制难题（I.Kolmanovsky，P.Moraal， M. Nieuwstadt, and A. Stefanopoulou, "Issues in modeling and control of intake flow in variable geometry turbocharged engines,，'in Proceeding of the 18th IFIP Conference on System Modeling and Optimization, Detroit, MI, July 1997, pp. 436 - 445)，且这些特性随着柴油机工况的变化而变化（N. D. Vaughan, R. S. Wijetunge， J. G. Hawley "Application of alternative EGR and VGT strategies to a diesel engine". SAE，Detroit，Michigan，Technique. Report. 2004-01-0899，Mar. 2004.)。上述复 杂的动态特征，使得VGT-EGR系统控制极富挑战性。
[0004] 针对这一控制难题，在过去的十多年中，研究者提出了大量的控制方案。其中， PID (比例-积分-微分），或者PI控制是一种简单、直接的控制方法。采用该方法时，不 需要知道VGT和EGR两个回路内部的动态特征关系，以及两个回路的之间的交叉耦合关 系，而是将VGT-EGR视为"黑箱"，根据被控输出量的实际值和目标值的偏差对控制输入量 (执行器机构）进行调整（如CN1020135046B，，US006128902A所用的方法）。但是，PID控 制的控制参数整定往往比较耗时，并且往往需要多套参数（M.Lee，M.Sunwoo, "Modelling and H "" control of diesel engine boost pressure using a linear parameter varying technique,In Proc. Inst. Mech. Eng. D, J. Automob. Eng. , vol. 226, no. 2, 2012. pp. 210-224.)以保证柴油机在全工况中控制性能，导致开发效率较低，给标定工程师带来 巨大的工作量。为改善传统PID控制的效果，具有非线性补偿的PID(J.Wahlstr 〇m and L. Eriksson,"Nonlinear input transformation for EGR and VGT control in diesel engines"，SAE International Journal of Engines,Vol. 3,no. 2,pp. 288-305. Dec. 2010.) 和模糊控制（R.Wijetunge，J. Hawley and N. Vaughan "Application of alternative EGR and VGT strategies to a diesel engine". SAE World Congr. , Detroit, MI. , Tech. Rep. 2004-01-0899, Mar. 2004.)为人们所尝试，但是增加了控制算法的复杂程度。
[0005] 为此，基于模型的控制受到了人们的极大关注，通过把VGT-EGR系统中的复杂动 态特征归纳为模型，将VGT-EGR转化为"灰箱"，有针对性地设计控制算法（如US 7320219 B2，US 6178749B1，以及2012/0173118A1所用方法）。常见方法如：非线性前馈和分段多变 量控制（A. Stefanopoulou，I. Kolmanovsky，and J. Freudenberg，"Control of variable geometry turbocharged diesel engines for reduced emissions，，' IEEE Trans. Control Syst. Technol.，vol. 8，no. 4，pp. 733 - 745，Jul. 2000.)，滑模控制（S. Ali， B. Ndoye，L Nicolas，"Sliding mode control for Turbocharged Diesel Engine，"in Proceedings of the International Conference on Control and Automation(MED)， 2012, pp.996-1001 ；H. Jin, S.Choi, and H. Jung，"Simplified multiple sliding mode transient control with VGT and EGR diesel engineSAE World Congr. ,Detroit,MI, 2013-01-0345,2013 ；D.Upadhyay, V. I. Utkin, and G. Rizzoni,^Multivariable control design for intake flow regulation of a diesel engine using sliding mode，" in Proc.IFAC 15th Triennial World Congr.，2002，pp. 1389 - 1394.)，李雅普诺夫函数 法（M. Jankovic and I. V. Kolmanovsky, ^Constructive Lyapunov control design for turbocharged diesel engines，''IEEE Trans. Control Syst. Technol vol. 8, no.2, pp. 288-299，Mar. 2000.)，模型预测控制法（MPC，P. Ortner and L. del Re，"Predictive control of a diesel engine air path，，'IEEE Trans. Control Syst. Technol. ,vol. 15, no. 3, pp. 449 - 456, May 2007.)，以及逆线性二次型最优控制（A.Ejiri，J. Sasaki， Y. Kinoshita，K. Shimotani，and R. Iizawa，''Transient control of air intake system in diesel engines，〃in Proc. Of SICE Annual Conf.，2010，pp. 503-508.) ?但是，基 于模型的VGT-EGR系统控制有两个关键问题，一直被受到研究人员的关注：其一，模型 的建立，算法的设计，以及计算过程通常比较复杂，比如模型预测控制计算量过大的问题 (P. Ortner and L del Re，"Predictive control of a diesel engine air path，''IEEE Trans. Control Syst. Technol.，vol. 15，no. 3，pp. 449 - 456，May 2007.)。其二，现有的 控制算法对模型精度的要求往往比较高，比如，滑模控制会因为模型精度的不足（或称为 模型的不确定性）导致控制过程中执行机构出现异常震颤（S.Ali，B.Ndoye，L. Nicolas， ''Sliding mode control for Turbocharged Diesel Engine，"in Proceedings of the International Conference on Control and Automation(MED)，2012,pp. 996-100L)〇 针 对第一点，人们提出了大量的计算过程简化方法，比如显式模型预测控制（Explicit MPC， G.Stewart and F. Borrelli，"A model predictive control framework for industrial turbodiesel engine control，" in Proc. 47th IEEE Conf. Decision and Control， Cancun, Mexico, 2008, pp. 5704 - 5711 ；P. Ortner, P. Langthaler, J. V. G. Ortiz, and L. del Re，''MPC for a diesel engine air path using an explicit approach for constraint systems，" in Proc. IEEE Int. Conf. Control Appl.，Oct. 2006，pp. 2760 - 2765.)，基 于扩展在线设定值调整策略的模型预测控制（H.J.Ferreau，P. Ortner，P.Langthaler， L del Re，and M. Diehl，"Predictive control of a real-world diesel engine using an extended online active set strategy，，'Annual Reviews in Control, vol. 31, no. 2, pp. 293 - 301，2007)，但是这些方法通常以增大存储空间的占用量为代价。针对第 二点，人们从模型和控制算法两个角度探索了对模型精度依赖的可能的解决方法。从模 型的角度，多种多样的模型被人们采用，以提高模型在全工况内的精度，如：分段线性模型 (G. Stewart and F. Borrelli，''A model predictive control framework for industrial turbodiesel engine control，" in Proc.47th IEEE Conf. Decision and Control， Cancun, Mexico, 2008, pp. 5704 - 5711 ；P. Ortner, P. Langthaler, J. V. G. Ortiz, and L. del Re，''MPC for a diesel engine air path using an explicit approach for constraint systems，，' in Proc. IEEE Int. Conf. Control Appl.，Oct. 2006，pp. 2760 - 2765.)，线 性变参数模型（J. Salcedo and M. Mart丨nez，"LPV identification of a turbocharged diesel engine,Appl. Numer. Math. , vol. 58, pp. 1553 - 1571,2008 ；Y. Wang, I. Haskara, and 0? Yaniv，"Quantitative feedback design of air and boost pressure control system for turbocharged diesel engines，，'Control Eng. Practice, vol. 19, no. 6, pp. 626 - 637,201L ;X. Wei and L del Re. "Gain scheduled H-infinity control for air path systems of diesel engines using LPV techniques"?IEEE Trans. Control Syst. Technol，vol. 15，no. 3，pp. 406 - 415，May 2007.)，维纳-哈密尔顿模型（E. Perez， X. Blasco, S. Garcia-Nieto, J. Sanchis.''Diesel engine identification and predictive control using Wiener and Hammerstein models. 〃In Proceedings of the IEEE conference on control applications，2006, pp. 2417 - 2423.)，但是这些方法无疑增大了 模型的复杂程度。另外，从控制方法的角度，人们视图降低对模型精度的需求，或者补偿模 型不确定性的对控制效果的影响。其中，鲁棒控制（X. Wei and L. del Re. "Gain scheduled H-infinity control for air path systems of diesel engines using LPV techniques^. IEEE Trans. Control Syst. Technol，vol. 15, no. 3, pp. 406 - 415, May 2007.)曾被研究者 采用，然而，为了降低对模型精度的敏感性，鲁棒控制的设计通常比较保守，以牺牲响应速 度为代价。扰动观测器（Disturbance Observer，DOB)是一种补偿模型不确定性的有效方 法（A. Ejiri，J. Sasaki，Y. Kinoshita，K. Shimotani，and R. Iizawa，''Transient control of air intake system in diesel engines，"in Proc. Of SICE Annual Conf.，2010， pp. 503-508 ;T.Maruyama，A. Ejiri，Y. Ikai，K. Shimotani，"Model predictive control considering disturbances in diesel engine air intake systems，〃in Proc. IEEE Int. Conf. Control Appl.，Oct. 2012, pp. 401-408，），通过把被控输出量（如 pin^PWa)传递给 VGT-EGR的逆模型，将所得结果在原有的控制输入（如VGT和EGR阀门的开度）中减掉，可 以补偿模型的不确定性。因此，现有的DOB扰动观测器所解决的不确定性是在模型"之外" 的（称为外部扰动），或者说是可以通过模型的等效至控制输出的，与模型"匹配"的不确定 性，并且其应用的前提是需要一个比较准确的被控对象模型。
[0006] 综上所述，对于VGT-EGR这样一个充满不确定性的系统，探索一种计算简单、参数 整定方便、可以有效抑制不确定性的控制方法，对于提高VGT-EGR控制系统的开发和调试 的效率，降低研发成本，具有非常重要的意义。


【发明内容】

[0007] 针对上述现有技术，本发明提出一种基于复合抗扰的柴油机VGT-EGR系统的解耦 控制方法，简称⑶RC，包含主动抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control，ADRC) 与前馈控制（包括静态前馈控制SFF和动态前馈DFF)方法。⑶RC将VGT-EGR这个两输入 (包括：VGT开度，以下简称u vgt，EGR阀实际开度，以下简称uegr)两输出（实际增压压力，以 下简称Pim ;进气流量，以下简称Wa)系统分解为两个单输入单输出的串联积分器子通道（调 节uvgt控制p im，以下简称VGT通道；调节u#控制Wa，以下简称EGR通道）。将系统的动态与 两个串联积分器子通道的差别均分别视为总扰动，包括两个子系统之间的交叉耦合影响， 子通道动态特性随柴油机工况波动的变化，外部随机干扰，以及其他未知动态。注意，此处 的总扰动，既包括了现有传统扰动观测器（如D0B方法）所针对的外扰，也包括内扰（即， 系统内部的不确定性，或者说不匹配的不确定性），是一个更广义的扰动。采用扩张状态观 测器（Extended State Observer，ES0)，基于输入和输出信息，对总扰动进行实时观测和抑 制。采用这种基于总扰动的估计和补偿进行解耦的方法，不需要准确的VGT-EGR模型，仅需 要大概估计其阶次即可，控制算法设计非常容易。不过，由于多缸柴油机的各缸交替进气， 造成P im和Wa有固有的周期性波动（噪声），限制了 VGT-EGR系统的采样频率，也限制了 ES0 的带宽，影响了 ADRC的控制效果。特别是在高瞬态工况，单纯的ADRC控制器容易因进气 量控制的滞后，造成负荷突增时冒黑烟。为此，本发明设计了一种静态前馈控制器（Static Feedforward Control，SFF)和动态前馈控制器（Dynamic Feedforward Control，DFF)，弥 补了 ADRC在解耦能力方面的不足。
[0008] 本发明是SFF方法、DFF方法以及ADRC方法的有机结合，其中，SFF计算出不同稳 态工况下，目标增压压力和目标进气量对应的执行器位置，进行低频率范围的解耦；DFF则 直接测量瞬态工况下的喷油量、转速、增压压力，快速调节EGR阀的开度，消除高频范围（柴 油机运行循环间的）的耦合；而ADRC则将所有剩余的不确定性（包括SFF和DFF没有解决 的，外部的随机干扰等）均视为两个子通道各自的总扰动，根据执行器的位置和实际增压 压力和进气量，对总扰动进行实时观测和补偿，实现中低频率范围的解耦。
[0009] -种基于复合抗扰的柴油机VGT-EGR系统的解耦控制方法，由目标增压压力和进 气量目标值的计算，静态前馈控制，动态前馈控制，以及主动抗扰控制四大部分组成。其中， 静态前馈控制主要针对VGT-EGR系统的低频特性，基于发动机的稳态运行特性，直接计算 目标进气压力和进气量所对应的稳态工况下的VGT和EGR阀的位置；动态前馈控制主要针 对VGT-EGR系统的高频特性，利用发动机工况瞬态过程的信息，修正EGR阀位置在动态过程 的位置；针对静态前馈和动态前馈的偏差，采用主动抗扰控制方法，将其全部视为扰动，进 行实时估计和补偿。以上四个部分相结合，实现VGT-EGR系统全工况的有效控制。
[0010] 具体包括以下步骤：
[0011] 1)根据柴油机的运行工况信息，包括发动机转速凡，喷油量wf，环境压力p atm，环境 温度Tatm，发动机温度TM()1，使用MAP查表或者其他目标值计算方法，得到目标增压压力p im 和目标进气量Wa 步骤（001);
[0012] 2)根据柴油机转速凡和喷油量Wf，采用静态前馈算法，基于MAP查表或基于静态 模型计算，得到VGT开度的静态前馈控制SFF分量u vgt sff步骤（002);
[0013] 3)根据目标增压压力pim_ref，实际增压压力p im，VGT实际开度uvgt，以及VGT开度的 静态前馈控制SFF分量uvgt sff，采用主动抗扰控制ADRC方法，计算得到VGT开度的主动抗 扰控制分量uvgt adr。步骤（003);
[0014] 4)根据柴油机转速凡和喷油量Wf，采用静态前馈算法，基于MAP查表或基于静态 模型计算，得到EGR阀开度的静态前馈控制SFF分量u eg, sff步骤（004);
[0015] 5)根据柴油机转速凡，喷油量Wf，实际增压压力pim，实际进气量W a，EGR阀实际开 度ueg,，采用动态前馈控制DFF方法，得到EGR阀开度的动态前馈DFF控制分量u eg, dff步骤 (005)；
[0016] 6)根据目标进气量Wa_raf，实际进气量Wa，EGR阀实际开度u e#，EGR阀开度的静态 前馈控制SFF分量ueg, sff，EGR阀开度的动态前馈控制DFF分量ueg, dff，采用主动抗扰控制 ADRC方法，计算得到EGR阀开度的主动抗扰控制分量ueg,ad,。步骤（006);
[0017] 7)最后，将步骤2)和步骤3)的输出VGT开度的静态前馈控制SFF分量uvgt sff和 VGT开度的主动抗扰控制分量uvgtad,。相加，得到VGT的目标开度uvgt,ef，将步骤4)和步骤 5)以及步骤6)的输出EGR阀开度的静态前馈控制SFF分量sff和EGR阀开度的动态前 馈DFF控制分量 dff和EGR阀开度的主动抗扰控制分量ad"相加，得到EGR阀的目标 开度，将VGT的目标开度uvgt 和EGR阀的目标开度uegl^f输入被控的VGT-EGR柴 油机。
[0018] 进一步讲，本发明一种基于复合抗扰的柴油机VGT-EGR系统的解耦控制方法中：
[0019] 步骤5)具体包括：
[0020] 在发动机瞬态过程中，基于排气管中工质热力学状态的变化速率远高于进气管中 工质热力学状态变化速率，以及柴油机中空气和燃油的质量比远大于14. 5的一般规律，假 设实际增压压力的变化率为零，假设排气管中工质质量的变化率为零。令在瞬态过程 中，流过EGR阀的废气的质量流率不变，则基于EGR阀两侧气体的等熵流动原理，可以计算 得到EGR阀开度的动态前馈修正值 dff。dff是发动机喷油量的变化率，EGR阀的实际 开度，实际增压压力，实际进气量和发动机喷油量的函数。
[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0022] 1.无需精确的VGT-EGR系统控制模型，建模工作量大幅降低。
[0023] 本发明将未知的动态当作总扰动的一部分，利用扩张状态观测器进行在线观测， 避免了常规控制方法中的复杂建模，也避免了模型精度不足（不确定性）给控制性能带来 的负面影响。所需的关键信息仅仅是VGT-EGR两个通道的阶次。
[0024] 2?参数标定方法简单、系统。
[0025] 本发明的待标定参数分为：ADRC参数和动态前馈参数两类，其中ADRC参数包括观 测器带宽《。和闭环系统的带宽《。，以及被控量和控制输入之间的物性系数动态前馈 参数包括低通滤波时间常数tdff和比例系数K2。以上所有标定参数均有明确的物理意义， 有系统的标定方法。在"【具体实施方式】"和"实施例"中会详细介绍。
[0026] 3.通过引入前馈控制，特别是动态前馈控制，补偿了ADRC性能受到带宽限制的问 题，提_ 了瞬态响应速度。
[0027]在瞬态过程，如负荷突增，转速突增工况下，通过DFF可加速EGR阀门的动作速度， 从而避免缸内EGR率过量的问题，保证了瞬态工况的缸内氧浓度，避免颗粒排放尖峰的出 现。
[0028] 4.控制算法的鲁棒性强，全工况内仅需一套控制参数，无需参数的分段整定。
[0029] 本发明将所有的不确定性都视为扰动，根据输入和输出关系进行观测，鲁棒性强。 仿真和实验验证结果显示，一套控制参数即可在柴油机的全工况内实现良好的控制效果。

【专利附图】

【附图说明】
[0030] 图1是本发明被控对象VGT-EGR柴油机的示意图；
[0031] 图2是本发明一种基于复合抗扰的柴油机VGT-EGR系统的解耦控制方法框图；
[0032] 图3是本发明中扩张状态观测器ES0和动态前馈控制模块DFF作用的仿真验证曲 线图；
[0033] 图4是本发明对工况变化鲁棒性的仿真验证曲线图；
[0034] 图5是本发明的变负荷实验验证曲线图；
[0035] 图6是本发明的变转速实验验证曲线图。

【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述。
[0037] 如图1所示，本发明所针对的VGT-EGR柴油机由压气机1，进气歧管2,柴油机汽缸 3，EGR阀4,排气歧管5,以及变几何截面涡轮6组成。通过调节VGT开度u vgt和EGR阀实际 开度在不同的柴油机转速凡和喷油量^下，对增压压力Pim和进气量^进行闭环控制。 图1中，u vgt和的目标位置通过图2所示的控制方法计算得来。图1中的环境温度Ta， 流过压气机的质量流率W a，进入柴油机气缸的质量流率We，排气管中的压力，排气管容积 Vem，排气管内的平均温度T em，以及流过EGR阀的质量流率Weg，用于动态前馈控制DFF方法 的设计。
[0038] 本发明基于复合抗扰的柴油机VGT-EGR系统的解耦控制方法，主要由目标增压压 力和进气量目标值的计算，静态前馈控制，动态前馈控制，以及主动抗扰控制四大部分组 成；其中，静态前馈控制是针对VGT-EGR系统的低频特性，基于发动机的稳态运行特性，直 接计算目标进气压力和进气量所对应的稳态工况下的VGT和EGR阀的位置；动态前馈控制 是针对VGT-EGR系统的高频特性，利用发动机工况瞬态过程的信息，修正EGR阀位置在动 态过程的位置；针对静态前馈和动态前馈的偏差，采用主动抗扰控制方法，将其全部视为扰 动，进行实时估计和补偿；将上述四个部分相结合，实现VGT-EGR系统全工况的有效控制。
[0039] 实施例：
[0040] 下面基于一台VGT-EGR柴油机仿真平台，介绍本发明的最佳实施例和仿真结 果。最后，给出在WP12-480柴油机实验台架上的实验验证结果。关于所使用的VGT-EGR 柴油机仿真平台的更为详细的参数描述请参见"Modeling diesel engines with a variable-geometry turbocharger and exhaust gas recirculation by optimization of model parameters for capturing nonlinear system dynamics，，'J. Wahlstrom and L. Eriksson, in Proc. Inst. Mech. Eng. D, J. Automob. Eng. , pp. 1 - 27. May. 2011.
[0041] 如图2所示，本发明提出一种基于复合抗扰的柴油机VGT-EGR系统的解耦控制方 法，包括以下步骤：
[0042] 步骤一、根据柴油机的运行工况信息，包括发动机转速凡，喷油量^，环境压力 Patm，环境温度Tatm，发动机温度TM()1，使用MAP查表或者其他目标值计算方法，得到目标增压 压力Pin?和目标进气量wa 步骤（〇〇1);
[0043] 在本实施例中，采用MAP查表法获取目标增压压力和目标进气量，所使用的MAP表 有两个，输入均为柴油机转速凡和喷油量Wf,，输出分别为目标增压压力pim Mf和目标进气 量Wa Mf。另外，因目标目标增压压力和目标进气量随着环发动机运行边界条件的变化有轻 微变化，包括环境压力patm，环境温度T atm，发动机温度TM()1。为此，还需要设计分别以patm， T atm，TM()1为输入，分别以pim 和W a 的修正系数为输出的六个MAP表。所述MAP表是在柴 油机的性能试验中标定的，其中的具体数值需结合对柴油机排放和油耗的具体需求制定， 流程为本领域的技术人员所熟知，此处不再赘述。
[0044] 步骤二、根据柴油机转速凡和喷油量^，采用静态前馈算法，基于MAP查表或基于 静态模型计算，得到VGT开度的静态前馈控制SFF分量u vgt sff步骤（002);
[0045] 该步骤二中，依然采用基于MAP查表的静态前馈算法，所用的MAP表的输入为柴油 机转速N e和喷油量Wf，输出是目标增压压力pim ,ef对应的VGT开度，记为VGT开度的静态前 馈控制SFF分量uvgt sff。该MAP表可以在柴油机的稳态使用中标定，流程为本领域的技术 人员所熟知，此处不再赘述。
[0046] 步骤三、根据目标增压压力pim ref，实际增压压力pim，VGT实际开度uvgt，以及VGT开 度的静态前馈控制SFF分量uvgt sff，采用主动抗扰控制ADRC方法，计算得到VGT开度的主 动抗扰控制分量uvgt adr。步骤（003);
[0047] 在本实施例中，将uvgt和piD1之间的动态关系视为含有总扰动f vgt的一阶线性系统， 将其表示成如下含有总扰动fvgt的积分器形式：
[0048] Pirn^frg, +^Ovgf 'l^gt C1)
[0049] 式⑴中，fvgt包括：EGR通道对piD1的影响，p iD1与uvgt之间动态关系随柴油机工况 和uvgt_sff的变化，外部随机干扰，以及其他所有未知动态，为物性系数。
[0050] 依据式（1)，采用观测器的方法，对fvgt进行在线估计。为此，我们首先将⑴转换 为状态空间形式：

【权利要求】
1. 一种基于复合抗扰的柴油机VGT-EGR系统的解禪控制方法，由目标增压压力和进 气量目标值的计算，静态前馈控制，动态前馈控制，W及主动抗扰控制四大部分组成；其中， 静态前馈控制是针对VGT-EGR系统的低频特性，基于发动机的稳态运行特性，直接计算目 标进气压力和进气量所对应的稳态工况下的VGT和EGR阀的位置；动态前馈控制是针对 VGT-EGR系统的高频特性，利用发动机工况瞬态过程的信息，修正EGR阀位置在动态过程的 位置；针对静态前馈和动态前馈的偏差，采用主动抗扰控制方法，将其全部视为扰动，进行 实时估计和补偿；将上述四个部分相结合，实现VGT-EGR系统全工况的有效控制； 具体包括W下步骤： 1) 根据柴油机的运行工况信息，包括发动机转速N。，喷油量Wf，环境压力Pwm,环境温度 Ltm,发动机温度Ttwi,使用MAP查表或者其他目标值计算方法，得到目标增压压力Pim Uf和 目标进气量Wyw步骤（OOl); 2) 根据柴油机转速N。和喷油量Wf,采用静态前馈算法，基于MP查表或基于静态模型 计算，得到VGT开度的静态前馈控制SFF分量Uw 步骤（002); 3) 根据目标增压压力Pim ref,实际增压压力Pim, VGT实际开度Uvgt, W及VGT开度的静态 前馈控制SFF分量Uw ,ff，采用主动抗扰控制ADRC方法，计算得到VGT开度的主动抗扰控 巧Ij分量 Uvgt步骤（00：3); 4) 根据柴油机转速N。和喷油量Wf,采用静态前馈算法，基于MP查表或基于静态模型 计算，得到EGR阀开度的静态前馈控制SFF分量步骤（004); W根据柴油机转速N。，喷油量Wf，实际增压压力Pim,实际进气量W。，EGR阀实际开度IV， 采用动态前馈控制DFF方法，得到EGR阀开度的动态前馈DFF控制分量步骤（005); 6) 根据目标进气量Wg uf，实际进气量W。，EGR阀实际开度U。,,，EGR阀开度的静态前馈 控制SFF分量日ff，EGR阀开度的动态前馈控制DFF分量U6gt dff，采用主动抗扰控制ADRC 方法，计算得到EGR阀开度的主动抗扰控制分量步骤（006); 7) 最后，将步骤。和步骤如的输出VGT开度的静态前馈控制SFF分量Uw 和VGT 开度的主动抗扰控制分量Uw相加，得到VGT的目标开度Uw Uf,将步骤4)和步骤5) W及步骤6)的输出EGR阀开度的静态前馈控制SFF分量和EGR阀开度的动态前馈 DFF控制分量IV dff和EGR阀开度的主动抗扰控制分量相加，得到EGR阀的目标开 度Usgr uf,将VGT的目标开度Uvgt Uf和EGR阀的目标开度Usgr uf输入被控的VGT-EGR柴油 机。
2. 根据权利要求1所述基于复合抗扰的柴油机VGT-EGR系统的解禪控制方法，其中，步 骤5)具体包括： 在发动机瞬态过程中，基于排气管中工质热力学状态的变化速率远高于进气管中工质 热力学状态变化速率，W及柴油机中空气和燃油的质量比的关系，假设实际增压压力的变 化率紅"为零，假设排气管中工质质量的变化率为零；令在发动机瞬态过程中，流过EGR阀的 废气的质量流率不变，则基于EGR阀两侧气体的等赌流动原理，计算得到EGR阀开度的动态 前馈修正值Ucgt dff ;Ueguiff是发动机喷油量的变化率、EGR阀的实际开度、实际增压压力、实 际进气量和发动机喷油量的函数。
【文档编号】F02M25/07GK104265472SQ201410364561
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】谢辉, 宋康, 杨胜 申请人:天津大学