基于MPC的柴油機雙回路EGR和VGT系統控制分析

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基于MPC的柴油機雙回路EGR和VGT系統控制分析

研究了基于模型預測控制（MPC）的多變量控制系統，并對配備復雜雙回路廢氣再循環（EGR）系統和可變幾何渦輪增壓器（VGT）空氣處理系統的柴油機進行了試驗驗證，以保證該發動機的尾氣排放滿足嚴格排放法規和燃油經濟性要求。空氣處理系統是一個多輸入、多輸出的非線性系統，這使得控制系統的設計和調整具有挑戰性。開發了一種線性MPC系統，其具有前后反饋控制結構，其設計過程的系統化、模塊化能夠極大地減少控制系統的開發和校準時間。利用Matlab/ Simulink和dSPACE快速原型工具驗證了該控制系統的設計過程和性能。

在發動機穩態和瞬態條件下，需要更有效地控制其氣缸內的空氣組成，以滿足更嚴格的排放和燃油經濟性要求。開發了多個線性模型來處理系統的非線性問題。針對空氣處理系統的反饋控制，提出了一種線性模型預測控制算法。采用了系統辨識方法對線性模型進行試驗和模擬。在整個發動機工作區域及不同環境條件下，進一步驗證控制系統的性能。

壓縮點火柴油機是能源消耗利用率最高的發動機（原因在于其具有較高的壓縮比），典型的柴油機為20∶1，而汽油機為8∶1，相對于汽油機減少了進氣系統的摩擦功率，但柴油機的NOx和PM排放相對較高。而EGR能夠使柴油機的NOx排放達到所需水平。EGR通過稀釋吸入空氣中的氧氣，可降低燃燒過程的最高燃燒溫度，有效降低了NOx的形成。

H.Borhanetal.2015 AmericanControlConferencePalmerHouseHilton，Chicago-July 1-3，2015.

編譯：王亮