高压共轨电喷柴油机调速控制策略研究

第6期(总第148期)

2003年12月

车 用 发 动 机No.6(SerialNo.148)

VEHICLEENGINE Dec.2003

#电控技术#

高压共轨电喷柴油机调速控制策略研究

王占友,欧阳光耀

(海军工程大学动力工程学院,湖北武汉 430033)

摘要:以高压共轨电喷柴油机为研究对象,对其调速控制策略进行了研究。建立了电喷柴油机的控制模型,并对PID控制和自适应控制进行了仿真比较。结果表明自适应控制具有明显的优势,更适合于高压共轨电喷柴油机速度控制。

关键词:电喷柴油机;PID控制;自适应控制;仿真;高压共轨

中图分类号:TK421.42 文献标识码:A 文章编号:1001-2222(2003)06-0015-03

将先进的电子技术应用于传统的柴油机无疑是

改造传统柴油机的一种切实可行的方案,其实施则依赖于良好的控制策略。因此,对其速度控制方法的研究具有深远的意义。由于柴油机本身的复杂性,对其进行全程调速时必然要采用闭环控制。因此,寻找一种能更好地发挥高压共轨电喷柴油机优越性的闭环控制方法是十分重要的。本文主要针对高压共轨电喷柴油机的特点建立了控制模型,并对PID和自适应两种方案进行了探索。仿真结果表明,自适应是一种较优的控制方案。

k2=kcGe(l)式中:

Tak1k2

5gf

$tcn/974.5Pe0,5$tce0e0

(3)

)))柴油机时间常数;)))柴油机自均衡系数;)))柴油机供油增益;

kc)))常数;

5Me/5n)))平衡工况处负载速度特性曲线斜率;

5gf/5n)))平衡工况处供油速度特性曲线斜

率;

5gf/5$tc)))平衡工况处供油负荷特性曲线斜$tce0Ge(l)

率;

)))标定工况的喷油脉宽;)))柴油机的有效热效率;

1 电喷柴油机控制模型的建立及仿真

根据研究目的不同建立了柴油机工作过程不同的数学模型。就控制模型而言,人们建立了带延迟环节的一阶惯性环节(主要适用于非增压柴油机和机械增压柴油机)及带延迟环节的二阶振荡环节(主要适用于废气涡轮增压柴油机)的线性化模型。本文主要研究前者。柴油机模型如图1所示[2]

。

J,Pe0,ne0)))柴油机转动惯量、标定功率、标定转

速。 为便于研究,本文不考虑负载干扰K的影响。采用电喷方案后,由于共轨腔的压力恒定,因而循环喷油量正比于喷油脉宽,喷油脉宽由ECU中的调速控制算法计算输出,并经接口电路驱动电磁阀。其工作原理如图2

所示。

e-Ss)延迟环节;x)柴油机输入;

K)负载干扰;y)柴油机输出;s)拉斯变换因子

图1 柴油机模型

Ta=PJn2e0/29235Pe0,k1=(

5Mc5gf2

-kG)n/974.5Pe0,e(l)5n5ne0

(1)(2)

图2 柴油机控制方框图

收稿日期:2002-12-03;修回日期:2003-07-05

作者简介:王占友(1978-),男,湖北省武汉市人,工学硕士,从事发动机电控技术的研究.

# 16 # 车 用 发 动 机 2003年第6期

为了研究的方便,将图1进一步化简。首先交换延迟环节供油增益,然后将供油增益合并到一阶环节。化简后的方框图见图3

。

图4 PID控制方框图

图3 柴油机简化方框图

图中:T=Ta/k2;k=k1/k2。

从以上几个表达方式看出,随着柴油机运行工况的变化,柴油机模型参数T及k将发生大范围的变化。为便于研究作如下假设: Ó取T及k典型值作为理想参数;

Ó由于执行器的响应时间比柴油机的响应时间短得多,所以将执行器视为1B1的环节。

得到的由PID控制的模型方框图见图4。其中,PID参数的整定按理想模型参数进行,并进行仿真,使其性能达到最佳;在此基础上改变T及k进行仿真,观察其性能的变化。为了与PID相比较,本文在以上假设的基础上也建立了自适应控制模型(见图5)。在确定相应参数时应充分考虑以下因素: Ó由于理想模型是柴油机转速的跟踪目标,所以其参数的选取应保证调整时间短,响应速度快; Ó柴油机有碳烟极限,所以在选择模型参数k0及f0的值时应保证其初调不要过大;

Ó建立自适应模型时先不考虑延迟环节的影响,建模以后再加入与实际模型相同的延迟环节。 在满足以上3点的基础上取自适应规律为[1]:

f(t)= 式中:f0

k0

re

a T变化时的PID控制响应曲线

图5 自适应控制方框图

Q-Keydt+f

k(t)=QKerdt+k,

10

12

1

,(4)(5)

))))))))))))

输出反馈增益f(t)的初值;输入前馈增益k(t)的初值;自适应控制参数;

设定输入;

理想输出和实际输出的差值。

b

k变化时的PID控制响应曲线图6 PID仿真结果

K1,K2)))

为充分比较两种控制方案的优劣,将仿真分2种情况进行。

T发生变化,k为典型值;研究k对控制系统性能的影响及两种控制方案对它的适应情况。T为典型值,k发生变化;研究T对两种控制系统性能的影响。

图6是PID仿真的结果,图7(见第17页)是自

a T变化时的自适应控制响应曲线

2003年12月 王占友,等:高压共轨电喷柴油机调速控制策略研究 # 17 #

同样在T大于2.7及小于2.7的范围有相似的结论。

从自适应与PID的整体比较可以看出自适应控制明显优于PID控制,不但响应速度快而且超调量

小。但是参数变化对它仍有一定的影响。若要充分发挥自适应的性能还应采取其他一些措施。

3 结论

b

k变化时的自适应控制响应曲线

a)所建立的模型可以对高压共轨电喷柴油机

图7 自适应仿真结果

控制进行有效的仿真。

b)自适应控制较普通PID控制具有良好的适应性,能够对柴油机模型参数变化进行一定的补偿。

2 仿真结果分析

从第16页图6a到图7b的分析比较可以看出,柴油机模型参数的变化对控制系统的影响是显著的。尤其是k对控制系统的影响更大。但相比较而言,自适应控制比PID有更强的适应能力。这是由于自适应算法及时补偿了柴油机参数的变化,从而动态跟踪理想模型的输出。

当k大于1时,随着k的增大系统响应速度逐渐减慢;当k小于1时,随着k的减小响应速度加快,但容易导致系统振荡,尤其当k小于0时更为明显。

参考文献:

[1]赵光宙.柴油机模型参考自适应调速系统的研究[J].内

燃机工程,1995(4):26-34.

[2]宋金阳.柴油机电子调速器配机性能模拟试验方法的研

究[D].武汉:海军工程学院,1998.

[3]HarlandGE,GillTKF.DesignofaModel2ReferenceAdaptive

ControlforanInternalCombustionEngine[J].MeasurementControl,1973,4(6):167-173.

[4]MasahikoMiyaki,HideyaFujisawa,AkiraMasuda,Yoshihisa

Yamamoto.DevelomentofNewElectronicallyControlledFuelInjectionSystemECD)U2forDieselEngines[C].SAE910252,1991.

ResearchonSpeedGoverningStrategyforElectronicHigh2PressureCRDieselEngineControl

WANGZhan2you,OUYANGGuang2yao

(PowerEngineeringCollege,NavalUniversityofEngineering,Wuhan,430033,China)

Abstract:Inthispaper,thespeedgoverningstrategyforelectronichigh2pressurecommonrail(CR)dieselenginescontrolismainlystud2

ied.Thecontrolmodelofhigh2pressureCRdieselenginecontrolisfounded,andadaptivecontroliscomparedwithPIDcontrolbysimulating.Theresultshowsthatadaptivecontrolh …… 此处隐藏：2431字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……