重型柴油機廢熱回收的有機朗肯循環線性二次積分控制

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重型柴油機廢熱回收的有機朗肯循環線性二次積分控制

提出了一個非線性有機朗肯循環模型控制器的設計，該模型用于重型柴油機瞬態余熱回收。有機朗肯循環的熱交換器采用基于能量和質量守恒原理的動邊界模型描述。將面向控制的動態換熱器模型和靜態膨脹機與泵模型連接在一起，其中靜態膨脹機與泵模型和發動機曲軸是耦合的。控制器用于調節一個行駛循環內發動機瞬態擾動（溫度和曲軸轉速）產生的蒸發冷凝壓力。比例積分控制器與線性二次積分控制器不同點在于它們的執行器。兩種控制器的設計都是基于線性有機朗肯循環模型，并都應用于非線性模型。仿真表明，執行器是兩組態時，比例積分控制器和線性二次積分控制器無法達到壓力設定值；執行器是三組態時，能夠改進有機朗肯循環的可控性，且線性二次積分控制器也能夠調節壓力設定值。結果表明，汽車在瞬態擾動條件下，對于非線性有機朗肯循環，多輸入多輸出的線性二次積分控制優于單輸入單輸出的比例積分控制。

提出了一種有機朗肯循環，用于汽車發動機排氣能量回收。有機朗肯循環模型具有面向控制的特點，其基于物理運動邊界換熱器模型，并與靜態泵、膨脹機、閥模型等連接。對于汽車驅動周期瞬態熱響應，線性有機朗肯循環與非線性有機朗肯循環模型吻合。

兩個單輸入單輸出的比例積分控制器可以實現壓力調節。比例積分控制并不適合三組態，這是因為其無法明顯反映外執行器如何參與內執行器的壓力調節。利用全狀態反饋、線性二次積分構架，通過確定最佳多輸入多輸出的關系，可以避免這個問題，。

兩組態和三組態反映了對于有機朗肯循環不同程度的控制。無論對于比例積分控制器，還是線性二次積分控制器，兩組態均不能獲得理想的壓力調節。線性二次積分控制沒有表現出比采用兩組態比例積分控制更好的調節性能。加入第三執行器能夠改進有機朗肯循環的控制，但是線性二次積分降低了調節誤差。

David Luong1 et al. 2014 American Control Conference （ACC），June 4-6，2014.

編譯：王亮雜的發動機控制策略，以解決非常規的和非線性的控制問題。因此，當前和未來柴油機設計面臨的挑戰在很大程度上是由于柴油機控制問題的復雜性。

控制系統設計步驟如下。

（1）基于所述發動機物理構造和參數建立模型；

（2）運行測試單元，獲得的數據校準模型；

（3）定義控制器結構（即控制器的輸入和輸出）；

（4）定義控制器優化問題中的約束條件和相對重要性因子，并給定初值；

（5）校準參數化多變量求解器、發動機控制單元以及系統運行的控制器；

（6）調整控制器測試單元（包括初始調整和故障排除）。

Vincenzo Alfieri，Daniel Pachner. SAE 2014-01-1160.

編譯：張玉倫