EGR-VGT柴油發(fā)動機：基于未知狀態(tài)觀測器的協(xié)同控制方法研究.pdf

1、柴油發(fā)動機作為主要的動力來源之一，雖然具有動力性強、燃油經(jīng)濟性好、使用壽命長等特點，但是近年來國內(nèi)多次大幅度“霧霾”事件的發(fā)生，加之柴油發(fā)動機不斷增長的數(shù)量使得本就緊缺的能源問題變得更加嚴(yán)重。柴油發(fā)動機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。
　　要同時保證柴油發(fā)動機的轉(zhuǎn)速動力性能和低排放性能，有效方法之一就是對柴油發(fā)動機的轉(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)動機，將其轉(zhuǎn)速回路和氣體回路同時作為控制目標(biāo)，并針對實際系統(tǒng)中未知狀態(tài)的不可測量性，提出基于未知狀態(tài)觀測器的控制策略，具體如下:
　　首先，由于柴油發(fā)動機的精密性、傳感器的測量精度及成本等問題，導(dǎo)致氣體回路子系統(tǒng)中的部分系統(tǒng)狀態(tài)不能通過實際測量輸出得到。因此，本文選擇未知狀態(tài)觀測器來對這些狀態(tài)進(jìn)行估計，采用兩種不同的設(shè)計方法建立了狀態(tài)觀測器，分別是基于Riccati方程的方法和基于不變橢圓

3、理論的方法，通過求解線性矩陣不等式（LMI）得到狀態(tài)觀測器增益矩陣，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)觀測器的氣體回路滑模控制器?？刂颇繕?biāo)在于對進(jìn)氣歧管壓力、排氣歧管壓力及壓氣機氣體質(zhì)量流量進(jìn)行軌跡跟蹤控制，將未知狀態(tài)觀測器與滑?？刂破飨嘟Y(jié)合，并利用觀測值進(jìn)行控制。另外，氣體回路的控制輸入實際上是EGR和VGT兩個閥門的開度，為簡便起見，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

4、氣體流量—閥門開度轉(zhuǎn)換模塊，將其轉(zhuǎn)換為對相應(yīng)的閥門開度的控制。
　　然后，在轉(zhuǎn)速回路，本文提出基于Lyapunov函數(shù)的控制器來設(shè)計轉(zhuǎn)速控制回路，在外部負(fù)載及摩擦擾動存在的情況下，設(shè)計合理的燃油質(zhì)量流量作為控制律，實現(xiàn)跟蹤期望的發(fā)動機轉(zhuǎn)速的控制目標(biāo);并將兩個子系統(tǒng)結(jié)合構(gòu)成完整的柴油發(fā)動機雙環(huán)控制系統(tǒng)。為了驗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控制結(jié)果進(jìn)行驗證。
　　最后，利用AME