空氣增壓系統(tǒng)的在線自適應(yīng)pid控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及內(nèi)燃發(fā)動機的控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 此部分中的陳述僅提供與本公開有關(guān)的背景信息。因此，這些陳述并不意欲構(gòu)成 先前技術(shù)的認可。
[0003] 發(fā)動機控制包括基于所需發(fā)動機輸出的發(fā)動機的操作中的參數(shù)控制，發(fā)動機輸出 包括發(fā)動機速度和發(fā)動機負載以及所得操作，例如包括發(fā)動機排放。發(fā)動機控制方法所控 制的參數(shù)包括空氣流量、燃料流量以及進氣閥和排氣閥設(shè)置。
[0004] 可以為發(fā)動機提供升壓空氣以將與自然吸氣進氣系統(tǒng)有關(guān)的增加的空氣流量提 供給發(fā)動機，從而增加發(fā)動機的輸出。渦輪增壓器使用發(fā)動機的排氣系統(tǒng)中的壓力來驅(qū)動 壓縮機，從而將升壓空氣提供給發(fā)動機。示例性渦輪增壓器可以包括可變幾何渦輪增壓器 (VGT)，從而使得能夠在排氣系統(tǒng)中的給定條件下調(diào)節(jié)升壓空氣。增壓器使用來自發(fā)動機的 機械功率(例如，如由輔助皮帶提供）以驅(qū)動壓縮機，從而將升壓空氣提供給發(fā)動機。發(fā)動機 控制方法控制升壓空氣以控制發(fā)動機內(nèi)的所得燃燒和發(fā)動機的所得輸出。
[0005] 排氣再循環(huán)(EGR)是另一個發(fā)動機控制參數(shù)。發(fā)動機的排氣系統(tǒng)內(nèi)的排氣流沒有 氧氣并基本上是惰性氣體。當與燃料和空氣的燃燒充量組合地引入到燃燒腔內(nèi)或保持在燃 燒腔內(nèi)時，排氣緩和燃燒從而減少輸出和絕熱火焰溫度。在先進的燃燒策略中（例如包括均 質(zhì)充量壓縮點火(HCCI)燃燒），也可以將EGR與其他參數(shù)組合地控制。還可以控制EGR以改變 所得排氣流的性質(zhì)。發(fā)動機控制方法控制EGR以控制發(fā)動機內(nèi)的所得燃燒和發(fā)動機的所得 輸出。
[0006] 用于發(fā)動機的空氣處理系統(tǒng)管理進氣空氣和進到發(fā)動機中的EGR的流量?？諝馓?理系統(tǒng)必須被裝備成符合增壓空氣成分目標(例如，EGR分數(shù)目標）以實現(xiàn)排放目標，并且符 合總空氣可獲得目標(例如，充量流量質(zhì)量流量）以實現(xiàn)所需功率和扭矩目標。最嚴重影響 EGR流量的致動器通常影響充量流量，并且最嚴重影響充量流量的致動器通常影響EGR流 量。因此，具有現(xiàn)代空氣處理系統(tǒng)的發(fā)動機為多輸入多輸出(MHTO)系統(tǒng)呈現(xiàn)聯(lián)接的輸入-輸 出響應(yīng)回路。
[0007] ΜΜ0系統(tǒng)(其中輸入被聯(lián)接，即輸入-輸出響應(yīng)回路彼此影響)存在本領(lǐng)域中熟知 的挑戰(zhàn)。發(fā)動機空氣處理系統(tǒng)存在另外的挑戰(zhàn)。發(fā)動機在大范圍的參數(shù)下工作，所述參數(shù)包 括可變發(fā)動機速度、可變扭矩輸出以及可變加燃料和正時排程。在許多狀況下，不可獲得用 于系統(tǒng)的準確傳遞函數(shù)，和/或不可獲得標準解耦計算所需的計算功率。
[0008] 可以使用控制回路來確定升壓空氣和EGR控制命令?？梢詫⒎答伩刂品椒ㄓ糜诳?制回路中以最小化測量出的過程變量與所需設(shè)置點之間的誤差。將此最小化的誤差用于系 統(tǒng)控制命令(諸如升壓空氣控制命令和EGR控制命令)的反饋控制校準中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]內(nèi)燃發(fā)動機包括空氣增壓系統(tǒng)。控制空氣增壓系統(tǒng)的方法包括提供用于空氣增壓 系統(tǒng)的所需操作目標命令以及監(jiān)控空氣增壓系統(tǒng)的操作參數(shù)。確定用于空氣增壓系統(tǒng)的所 需操作目標命令與空氣增壓系統(tǒng)的所述操作參數(shù)中的對應(yīng)操作參數(shù)之間的誤差，并且使用 PID控制器基于該誤差來確定排程的PID增益。應(yīng)用自適應(yīng)算法以修改排程的PID增益，并且 基于修改后的排程的PID增益來確定用于空氣增壓系統(tǒng)的系統(tǒng)控制命令?；谟糜诳諝庠?壓系統(tǒng)的系統(tǒng)控制命令來控制空氣增壓系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明包括以下方案： 1.控制內(nèi)燃發(fā)動機的空氣增壓系統(tǒng)的方法，所述方法包括： 提供用于空氣增壓系統(tǒng)的所需操作目標命令； 監(jiān)控空氣增壓系統(tǒng)的操作參數(shù)； 確定用于空氣增壓系統(tǒng)的所需操作目標命令與空氣增壓系統(tǒng)的所述操作參數(shù)中的對 應(yīng)操作參數(shù)之間的誤差； 使用PID控制器基于所述誤差來確定排程的PID增益； 應(yīng)用自適應(yīng)算法以修改排程的PID增益； 基于修改后的排程的PID增益來確定用于空氣增壓系統(tǒng)的系統(tǒng)控制命令;以及 基于用于空氣增壓系統(tǒng)的系統(tǒng)控制命令來控制空氣增壓系統(tǒng)。
[0011] 2.如方案1所述的方法，其中所需操作目標命令包括目標排氣比。
[0012] 3.如方案1所述的方法，其中所需操作目標命令包括目標升壓壓力。
[0013] 4.如方案1所述的方法，其中空氣增壓系統(tǒng)的操作參數(shù)包括進氣歧管壓力、進氣 歧管溫度、壓縮機入口壓力和壓縮機入口溫度。
[0014] 5.如方案1所述的方法，其中所述排程的PID增益根據(jù)以下關(guān)系來確定：
其中KP是比例增益， 心是積分增益， KD是微分增益， t是時間，以及 e(t)是確定設(shè)置點與受監(jiān)控的系統(tǒng)參數(shù)之間的誤差值的誤差函數(shù)。
[0015] 6.如方案1所述的方法，其中應(yīng)用自適應(yīng)算法以修改排程的PID增益包括使用根 據(jù)以下關(guān)系表達的梯度搜索來應(yīng)用自適應(yīng)算法： 其中Γ是自適應(yīng)增益，
1?是成本函數(shù)的全局最小值， ε是等于e(t)的誤差值， g(t)是系統(tǒng)增益函數(shù)， Θ是PID增益的向量。
[0016] 7.如方案1所述的方法，其中修改排程的PID增益的自適應(yīng)算法是根據(jù)以下關(guān)系 來表達：
其中k是排程的增益的當前迭代，以及 :雄^是離散取樣率， Γ是自適應(yīng)增益， Kp是比例增益， Κ:是積分增益， KD是微分增益， t是時間， g(t)是系統(tǒng)增益函數(shù)， e(t)是確定設(shè)置點與受監(jiān)控的系統(tǒng)參數(shù)之間的誤差值的誤差函數(shù)，以及 ε是等于e(t)的誤差值。
[0017] 8.如方案1所述的方法，其中應(yīng)用自適應(yīng)算法以修改排程的PID增益包括根據(jù)以 下關(guān)系表達的將自適應(yīng)算法應(yīng)用于一般非線性系統(tǒng)：
其中k是排程的增益的當前迭代，以及 是離散取樣率， Γ是自適應(yīng)增益， KP是比例增益， 心是積分增益， KD是微分增益， t是時間， 是被控對象函數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)， e(t)是確定設(shè)置點與受監(jiān)控的系統(tǒng)參數(shù)之間的誤差值的誤差函數(shù)，以及 ε是等于e(t)的誤差值。
[0018] 9.如方案1所述的方法，其中應(yīng)用自適應(yīng)算法以修改排程的PID增益包括將自適 應(yīng)算法應(yīng)用于一般非線性系統(tǒng)包括： 通過將所述誤差乘以當前誤差、過去誤差和未來誤差的預(yù)測中的每一個來確定PID誤 差項組； 通過將PID誤差項組乘以基于系統(tǒng)控制命令的偏導(dǎo)數(shù)和空氣增壓系統(tǒng)的所述操作參數(shù) 中的對應(yīng)操作參數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)的系統(tǒng)增益來確定PID系統(tǒng)增益項組； 通過將PID系統(tǒng)增益項組乘以自適應(yīng)率來確定自適應(yīng)的PID系統(tǒng)增益組； 通過將自適應(yīng)的PID系統(tǒng)增益組進行積分來確定PID排程的增益修改量組;以及 通過將PID排程的增益修改量添加到排程的增益來修改排程的PID增益。
[0019] 10.控制內(nèi)燃發(fā)動機中的排氣再循環(huán)系統(tǒng)、空氣節(jié)氣門系統(tǒng)和空氣增壓系統(tǒng)的方 法，所述方法包括： 提供用于排氣再循環(huán)系統(tǒng)、空氣節(jié)氣門系統(tǒng)和空氣增壓系統(tǒng)中的每一個的所需操作目 標命令； 監(jiān)控用于排氣再循環(huán)系統(tǒng)、空氣節(jié)氣門系統(tǒng)和空氣增壓系統(tǒng)中的每一個的操作參數(shù)； 確定用于排氣再循環(huán)系統(tǒng)、空氣節(jié)氣門系統(tǒng)和空氣增壓系統(tǒng)中的每一個的受監(jiān)控的所 需操作目標命令與相應(yīng)系統(tǒng)的對應(yīng)操作參數(shù)之間的誤差； 使用PID控制基于排氣再循環(huán)系統(tǒng)、空氣節(jié)氣門系統(tǒng)和空氣增壓系統(tǒng)中的每一個的相 應(yīng)誤差來確定用于排氣再循環(huán)系統(tǒng)、空氣節(jié)氣門系統(tǒng)和空氣增壓系統(tǒng)中的每一個的排程的 PID增益； 應(yīng)用自適應(yīng)算法以修改排程的PID增益中的每一個； 基于相應(yīng)的修改后的排程的PID增益來確定用于排氣再循環(huán)系統(tǒng)、空氣節(jié)氣門系統(tǒng)和 空氣增壓系統(tǒng)中的每一個的系統(tǒng)控制命令;以及 基于所述系統(tǒng)控制命令來控制空氣增壓系統(tǒng)。
[0020] 11.如方案10所述的方法，其中用于排氣再循環(huán)系統(tǒng)、空氣節(jié)氣門系統(tǒng)和空氣增 壓系統(tǒng)中的每一個的所需操作目標命令包括目標排氣比。目標壓縮機壓力比和目標升壓壓 力。
[0021] 12.如方案10所述的方法，其中空氣增壓系統(tǒng)的操作參數(shù)包括進氣歧管壓力、進 氣歧管溫度、壓縮機入口壓力和壓縮機入口溫度。
[0022] 13.如方案10所述的方法，其中確定用于排氣再循環(huán)系統(tǒng)、空氣節(jié)氣門系統(tǒng)和空 氣增壓系統(tǒng)中的每一個的排程的PID增益包括： 使用PID控制器確定用于排氣再循環(huán)系統(tǒng)、空氣節(jié)氣門系統(tǒng)和空氣增壓系統(tǒng)中的第一 個的排程的PID增益； 使用PID控制器確定用于排氣再循環(huán)系統(tǒng)