渦輪增壓柴油機(jī)廢氣排放的預(yù)測控制

研究了配備有廢氣再循環(huán)（EGR）閥和可變幾何渦輪增壓器（VGT）柴油機(jī)的排放控制系統(tǒng)。提出了一種新的基于多模型預(yù)測控制（MMPC）技術(shù)的控制策略，該策略考慮了控制問題的約束，同時(shí)利用了非線性模型，以提高控制性能。MMPC控制器通過調(diào)節(jié)空燃比以滿足燃料消耗和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，調(diào)節(jié)EGR以降低污染物排放，尤其是NOx排放。對比分析了MMPC控制器和基于廣義預(yù)測控制（GPC）控制器的動(dòng)態(tài)特性，并通過仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方案的可行性。

一般先進(jìn)的柴油機(jī)都配備了額外的硬件（如EGR閥和VGT）以滿足排放限值。一種降低柴油機(jī)排放的可行方法是廢氣經(jīng)過EGR閥再循環(huán)。然而，渦輪增壓柴油機(jī)功率密度增加，需要更多的空氣進(jìn)入氣缸，在相同體積和不增加空氣燃料比條件下消耗更多的燃料。EGR閥和VGT工作與廢氣排放情況高度耦合，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制結(jié)構(gòu)通常忽視這種耦合。MMPC控制策略則能夠有效解決這一問題。

介紹了MMPC控制策略，該策略包含了4個(gè)線性模型的模型預(yù)測控制（MPC）。此外，這些模型是在某些工作點(diǎn)導(dǎo)出的，使用雅可比線性化設(shè)計(jì)控制器和控制變量。控制器采用了合適的結(jié)構(gòu)方式，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和最小燃料消耗。在不降低效率和動(dòng)態(tài)特性的前提下給出了廢氣的約束。在不同的工作條件下，通過計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方法的性能。

刊名：IECON（英）

刊期：2015年第11期

作者：Hamed Nademi

編譯：王亮