EGR-VGT柴油發(fā)動(dòng)機(jī)：基于未知狀態(tài)觀測(cè)器的協(xié)同控制方法研究.pdf

1、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要的動(dòng)力來(lái)源之一，雖然具有動(dòng)力性強(qiáng)、燃油經(jīng)濟(jì)性好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，但是近年來(lái)國(guó)內(nèi)多次大幅度“霧霾”事件的發(fā)生，加之柴油發(fā)動(dòng)機(jī)不斷增長(zhǎng)的數(shù)量使得本就緊缺的能源問(wèn)題變得更加嚴(yán)重。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放污染物主要為NOx和PM，而這兩種排放物正是霧霾形成的主要原因之一。
　　要同時(shí)保證柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速動(dòng)力性能和低排放性能，有效方法之一就是對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速回路和氣體回路進(jìn)行協(xié)同控制。因此，本文基于帶有廢氣再循環(huán)(EGR)

2、和可變幾何截面渦輪增壓器(VGT)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，將其轉(zhuǎn)速回路和氣體回路同時(shí)作為控制目標(biāo)，并針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)中未知狀態(tài)的不可測(cè)量性，提出基于未知狀態(tài)觀測(cè)器的控制策略，具體如下:
　　首先，由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的精密性、傳感器的測(cè)量精度及成本等問(wèn)題，導(dǎo)致氣體回路子系統(tǒng)中的部分系統(tǒng)狀態(tài)不能通過(guò)實(shí)際測(cè)量輸出得到。因此，本文選擇未知狀態(tài)觀測(cè)器來(lái)對(duì)這些狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，采用兩種不同的設(shè)計(jì)方法建立了狀態(tài)觀測(cè)器，分別是基于Riccati方程的方法和基于不變橢圓

3、理論的方法，通過(guò)求解線性矩陣不等式（LMI）得到狀態(tài)觀測(cè)器增益矩陣，為后面與控制方法結(jié)合做準(zhǔn)備。
　　其次，在上述基礎(chǔ)上，本文提出了基于未知狀態(tài)觀測(cè)器的氣體回路滑?？刂破?。控制目標(biāo)在于對(duì)進(jìn)氣歧管壓力、排氣歧管壓力及壓氣機(jī)氣體質(zhì)量流量進(jìn)行軌跡跟蹤控制，將未知狀態(tài)觀測(cè)器與滑模控制器相結(jié)合，并利用觀測(cè)值進(jìn)行控制。另外，氣體回路的控制輸入實(shí)際上是EGR和VGT兩個(gè)閥門(mén)的開(kāi)度，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，本文首先以流經(jīng)二者的氣體質(zhì)量流量作為控制變量，再通過(guò)

4、氣體流量—閥門(mén)開(kāi)度轉(zhuǎn)換模塊，將其轉(zhuǎn)換為對(duì)相應(yīng)的閥門(mén)開(kāi)度的控制。
　　然后，在轉(zhuǎn)速回路，本文提出基于Lyapunov函數(shù)的控制器來(lái)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速控制回路，在外部負(fù)載及摩擦擾動(dòng)存在的情況下，設(shè)計(jì)合理的燃油質(zhì)量流量作為控制律，實(shí)現(xiàn)跟蹤期望的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制目標(biāo);并將兩個(gè)子系統(tǒng)結(jié)合構(gòu)成完整的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)雙環(huán)控制系統(tǒng)。為了驗(yàn)證提出的控制策略的控制效果，本文還利用廢棄物排放量模型和排放影響因子等變化情況對(duì)控制結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
　　最后，利用AME