基于平均值模型的柴油机空气系统控制策略研究

摘要

废气再循环（EGR）和可变几何截面涡轮增压（VGT）是发动机机内净化的主要措施，能够有效降低排放，但随着国VI排放法规中要求柴油机裸机排放限值的颁布，仅通过控制EGR与VGT已难以达到排放要求。而在加入节气门之后，能够在低负荷时通过控制节气门开度来提供更高的EGR率和一定空燃比来满足国VI排放要求。目前，对于三者耦合控制的研究较少，仅通过标定加上简单的PID控制，因此有必要对节气门、EGR和VGT设计非线性协调控制器。 本文由此展开了如下研究： 1）基于GT-POWER建立了带有EGR、VGT和节气门的四缸柴油机模型，一方面通过稳态及瞬态工况验证了模型的真实性，另一方面分析了各阀门开度对于排放的影响。结果表明，所建立的GT-POWER模型能够模拟真实发动机的工况，同时引入进气节气门后，能够减少PM排放。 2）基于所建立的GT-POWER模型提供的数据，建立了能够面向控制的四缸柴油机四阶平均值模型，并通过稳态及瞬态工况验证。结果表明，所搭建的平均值模型具有极高的精度。 3）基于所搭建的平均值模型，本文设计了多输入多输出模型预测控制器和滑模控制器，其目的是能够准确的跟踪进气空气流量和进气增压压力。还验证了控制器的鲁棒性能。结果表明，滑模控制算法具有更高的控制精度及鲁棒性。 4）基于所搭建的四阶柴油机模型，搭建了带有EGR、VGT及节气门的二级增压柴油机的五阶平均值模型，并设计了滑模控制器，对比了二级增压柴油机与原有柴油机的控制效果。结果表明，滑模控制器具有良好的控制效果。

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