基于離散時(shí)間積分MCS算法的共軌系統(tǒng)自適應(yīng)跟蹤控制

馬亞玲

摘 要： 為了獲取燃油共軌壓力動(dòng)態(tài)參數(shù)，采用離散時(shí)間積分MCS自適應(yīng)算法設(shè)計(jì)了一個(gè)全新的模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，證明了離散時(shí)間積分自適應(yīng)作用可以提高CR閉環(huán)回路的性能，并確定了新算法的有效性。該算法可以有效解決CR壓力監(jiān)控和調(diào)節(jié)的問題，對(duì)于CR閉環(huán)控制具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞： 共軌系統(tǒng)； 離散時(shí)間積分； 跟蹤控制； MCS算法

中圖分類號(hào)： TN820.4?34； TB123 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）18?0110?04

Adaptive tracking control of a common rail system based on discrete?time integral minimal control synthesis algorithm

MA Yaling

（Henan University of Chinese Medicine， Zhengzhou 450008， China）

Abstract： In order to acquire the dynamic parameter of fuel oil common rail （CR） pressure， a novel model was designed with the discrete?time minimal control synthesis adaptive algorithm. The experimental results indicate the discrete?time integral adaptive effect can improve closed?loop performance of CR， and confirm the effectiveness of the novel algorithm， which can solve both the monitoring and regulation of CR pressure effectively. It has a referential significance for CR closed?loop control.

Keywords： common rail system； discrete?time integral； tracking control； MCS algorithm

0 引 言

共軌（CR）系統(tǒng)將燃油噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過(guò)程分開，高壓的燃油噴射使霧化噴射效果更加理想，并顯著改善了燃燒質(zhì)量。油軌壓力是共軌系統(tǒng)重要的參數(shù)，穩(wěn)定的油壓可以確定不同負(fù)荷下的燃油噴注量，而且也能預(yù)期油滴尺寸、分布、滲透特性。然而發(fā)動(dòng)機(jī)工作復(fù)雜以及噴油器開閉合作用影響油壓的變化，CR壓力的調(diào)節(jié)控制較為不易。本文利用歐拉離散方法提出了一種新的離散時(shí)間積分自適應(yīng)壓力控制策略：最小控制合成（MCS）算法[1?2]。離散時(shí)間積分MCS算法在連續(xù)時(shí)間情況下，通過(guò)添加一個(gè)顯性離散時(shí)間自適應(yīng)積分控制項(xiàng)[3]，在穩(wěn)定或非穩(wěn)定控制時(shí)起到補(bǔ)償非零均值偏差作用。實(shí)驗(yàn)證明，基于離散時(shí)間積分MCS算法控制系統(tǒng)能夠有效控制和調(diào)節(jié)CR壓力[4]。該控制系統(tǒng)在進(jìn)氣歧管壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、CR壓力與燃油噴射之間，建立了連續(xù)時(shí)間變化的關(guān)系函數(shù)。

1 共軌系統(tǒng)

共軌系統(tǒng)組成如圖1所示。

燃油從油箱1被齒輪泵2吸出，經(jīng)過(guò)油水分離器3到燃油高壓泵4，燃油經(jīng)過(guò)高壓泵加壓后進(jìn)入共軌5中。共軌管將高壓燃油分配到各噴油器6中。共軌管起蓄壓器的作用，它的容積應(yīng)削減高壓油泵的供油壓力波動(dòng)和每個(gè)噴油器由噴油過(guò)程引起的壓力震蕩。共軌管上還安裝了壓力傳感器7和壓力調(diào)節(jié)器8。壓力傳感器向ECU提供油軌的壓力信號(hào)，壓力調(diào)節(jié)器保證油軌在出現(xiàn)壓力異常時(shí)，迅速將油軌中的壓力進(jìn)行放泄[5]。

5 噴射持續(xù)時(shí)間的計(jì)算

系統(tǒng)干擾[η（t）]取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（或高壓泵轉(zhuǎn)速）和噴射持續(xù)時(shí)間，噴射控制如圖3所示。

圖中：[md]噴注量為[mac（S?Ncyl）]；[mac]為發(fā)動(dòng)機(jī)空氣進(jìn)氣量；[Ncyl]為氣缸數(shù)。對(duì)于2.0 L 4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，基于轉(zhuǎn)速[Ne]和進(jìn)氣歧管壓力[Pi]的速度密度法函數(shù)[fsdNe，Pi]用于保證空燃比值S為14.56的噴注燃油量[Tinj]也被確定，它通過(guò)噴射器[gmd，Pa]模型求逆得到噴射持續(xù)時(shí)間。為了在控制變量和干擾源之間計(jì)算噴射持續(xù)時(shí)間，共軌燃油平均估計(jì)壓力[Pa]的反饋引入了非線性耦合計(jì)算。

6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了證明共軌控制平均估計(jì)壓力的有效性，本節(jié)將對(duì)設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試[7]。實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)建立在Bosch高壓噴射系統(tǒng)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)上，高壓泵驅(qū)動(dòng)為1.5 kW的三相異步電控電機(jī)（型號(hào)為SE23400220）。每18°曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)進(jìn)行采樣。如圖4所示。

從圖4可以看到當(dāng)進(jìn)氣歧管壓力增加，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以提高至6 000 r/min；當(dāng)進(jìn)氣歧管壓力下降時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之降低。

圖5為引入時(shí)間離散MCS算法時(shí)，共軌模型參考?jí)毫εc平均估計(jì)壓力值隨時(shí)間變化的曲線圖。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，噴射需求壓力也隨之增加，在轉(zhuǎn)速為6 000 r/min時(shí)，共軌壓力需求達(dá)到最大值100 bar。圖6為壓力跟蹤誤差百分比，其誤差范圍在3.5%以內(nèi)。圖7為模型參考?jí)毫φ{(diào)節(jié)和跟蹤性能。

圖8為自適應(yīng)增益變化曲線，由于參考輸入的持續(xù)激勵(lì)和模型參數(shù)的變化而引起圖中的漂移。AD高階累積量同步積分或參數(shù)映射方法可以實(shí)現(xiàn)控制增益變化保持在預(yù)定范圍內(nèi)。

7 結(jié) 論

本文基于離散時(shí)間積分MAC算法設(shè)計(jì)的共軌系統(tǒng)自適應(yīng)控制模型，其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)任何基于模型的前饋補(bǔ)償，并且非線性壓力擾動(dòng)具有魯棒性。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，證明了本文所提出的自適應(yīng)算法能夠有效控制共軌壓力。該算法在不增加反饋時(shí)間并兼顧控制復(fù)雜度和性能前提下，是一種更標(biāo)準(zhǔn)的增益調(diào)節(jié)控制方案。endprint

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