柴油機(jī)空氣閉環(huán)控制系統(tǒng)的多變量控制器設(shè)計(jì)分析

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柴油機(jī)空氣閉環(huán)控制系統(tǒng)的多變量控制器設(shè)計(jì)分析

由于對(duì)柴油機(jī)廢氣排出的要求日益嚴(yán)格，特別是對(duì)NOx和PM排放的要求越來(lái)越嚴(yán)格，因此使發(fā)動(dòng)機(jī)增加了很多復(fù)雜零件（如多個(gè)傳感器），以更好地估計(jì)或模擬在任何給定的時(shí)間和操作條件下發(fā)動(dòng)機(jī)的排放，以及增加多個(gè)制動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)變量的控制。研究表明，增加氣缸內(nèi)的EGR量就能減少NOx的排放量，同時(shí)在氣缸中提供適當(dāng)多余的空氣以增加空氣/燃料比，使得燃料燃燒更充分，減少PM的排放。通常，通過(guò)EGR閥和可變截面渦輪增壓（VGT）控制柴油機(jī)氣體的流量以可達(dá)到所需的減排效果。

由于柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，因此通常使用的減排方法是通過(guò)主動(dòng)控制引導(dǎo)空氣和廢氣再循環(huán)使用。常見(jiàn)的控制系統(tǒng)配置包括制動(dòng)器如EGR閥和一個(gè)可變截面渦輪增壓（VGT），以便通過(guò)操縱氣流來(lái)控制柴油機(jī)所需的缸內(nèi)條件，使燃燒過(guò)程中盡可能地降低發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放。采用VGT和EGR閥4種不同的控制器設(shè)計(jì)，以在系統(tǒng)性能和系統(tǒng)復(fù)雜性之間進(jìn)行權(quán)衡。對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行氣路控制方法包括：3種從SISO傳遞函數(shù)出發(fā)；1種是建立完全多變量設(shè)計(jì)。對(duì)各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了分析，以了解其能力的差別，同時(shí)試圖保持簡(jiǎn)單的控制器架構(gòu)。作為分析的一部分，對(duì)控制器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了模擬，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的認(rèn)證測(cè)試周期進(jìn)行控制，同時(shí)給出了非線性發(fā)動(dòng)機(jī)模型，以模擬在真實(shí)世界中控制器應(yīng)用程序的執(zhí)行情況。

Daniel Humke et al. SAE 2013-01-0327.

編譯：李雪