渦輪增壓柴油機廢氣排放的預測控制

渦輪增壓柴油機廢氣排放的預測控制

研究了配備有廢氣再循環（EGR）閥和可變幾何渦輪增壓器（VGT）柴油機的排放控制系統。提出了一種新的基于多模型預測控制（MMPC）技術的控制策略，該策略考慮了控制問題的約束，同時利用了非線性模型，以提高控制性能。MMPC控制器通過調節空燃比以滿足燃料消耗和轉矩響應，調節EGR以降低污染物排放，尤其是NOx排放。對比分析了MMPC控制器和基于廣義預測控制（GPC）控制器的動態特性，并通過仿真結果驗證了該方案的可行性。

一般先進的柴油機都配備了額外的硬件（如EGR閥和VGT）以滿足排放限值。一種降低柴油機排放的可行方法是廢氣經過EGR閥再循環。然而，渦輪增壓柴油機功率密度增加，需要更多的空氣進入氣缸，在相同體積和不增加空氣燃料比條件下消耗更多的燃料。EGR閥和VGT工作與廢氣排放情況高度耦合，傳統發動機控制結構通常忽視這種耦合。MMPC控制策略則能夠有效解決這一問題。

介紹了MMPC控制策略，該策略包含了4個線性模型的模型預測控制（MPC）。此外，這些模型是在某些工作點導出的，使用雅可比線性化設計控制器和控制變量。控制器采用了合適的結構方式，以保證發動機轉矩和最小燃料消耗。在不降低效率和動態特性的前提下給出了廢氣的約束。在不同的工作條件下，通過計算機仿真驗證了該設計方法的性能。

刊名：IECON（英）

刊期：2015年第11期

作者：Hamed Nademi

編譯：王亮