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基于MPC的柴油機(jī)雙回路EGR和VGT系統(tǒng)控制分析

研究了基于模型預(yù)測(cè)控制（MPC）的多變量控制系統(tǒng)，并對(duì)配備復(fù)雜雙回路廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)和可變幾何渦輪增壓器（VGT）空氣處理系統(tǒng)的柴油機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，以保證該發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放滿足嚴(yán)格排放法規(guī)和燃油經(jīng)濟(jì)性要求?？諝馓幚硐到y(tǒng)是一個(gè)多輸入、多輸出的非線性系統(tǒng)，這使得控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整具有挑戰(zhàn)性。開發(fā)了一種線性MPC系統(tǒng)，其具有前后反饋控制結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)過(guò)程的系統(tǒng)化、模塊化能夠極大地減少控制系統(tǒng)的開發(fā)和校準(zhǔn)時(shí)間。利用Matlab/ Simulink和dSPACE快速原型工具驗(yàn)證了該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程和性能。

在發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)條件下，需要更有效地控制其氣缸內(nèi)的空氣組成，以滿足更嚴(yán)格的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性要求。開發(fā)了多個(gè)線性模型來(lái)處理系統(tǒng)的非線性問(wèn)題。針對(duì)空氣處理系統(tǒng)的反饋控制，提出了一種線性模型預(yù)測(cè)控制算法。采用了系統(tǒng)辨識(shí)方法對(duì)線性模型進(jìn)行試驗(yàn)和模擬。在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)域及不同環(huán)境條件下，進(jìn)一步驗(yàn)證控制系統(tǒng)的性能。

壓縮點(diǎn)火柴油機(jī)是能源消耗利用率最高的發(fā)動(dòng)機(jī)（原因在于其具有較高的壓縮比），典型的柴油機(jī)為20∶1，而汽油機(jī)為8∶1，相對(duì)于汽油機(jī)減少了進(jìn)氣系統(tǒng)的摩擦功率，但柴油機(jī)的NOx和PM排放相對(duì)較高。而EGR能夠使柴油機(jī)的NOx排放達(dá)到所需水平。EGR通過(guò)稀釋吸入空氣中的氧氣，可降低燃燒過(guò)程的最高燃燒溫度，有效降低了NOx的形成。

H.Borhanetal.2015 AmericanControlConferencePalmerHouseHilton，Chicago-July 1-3，2015.

編譯：王亮