柴油机多模式运行进气系统的模型预测控制

摘要

模型预测控制(MPC)方法是1种基于系统的预测动态模型的控制方法。通过优化目标设置点的跟踪特性、执行器的移动速度及限值等各种要素,确定执行器的控制位置。目前,线性MPC已成功用于柴油机进气道的控制,然而大多数应用开发是针对仅有1组控制目标设置值的单一运行模式。实际上,单一运行模式并不能涵盖当前柴油机的所有要求,这使线性MPC的实际应用更为复杂。在多模式运行中,线性化点的变化取决于各种运行模式下的目标设定点,所以基于MPC简单线性化在实际应用中是有限的。由于目标设置点不同,在特定运行模式的线性模型对于其他运行模式是无效的。此外,现代柴油机进气通道系统高度非线性化,需要大量的线性模型来充分显示,不只是发动机转速和负荷的全部运行点,还有不同运行模式下的全部特性。本研究利用MPC和部件层非线性补偿器的综合优势,开发了1种柴油机多模式运行进气系统的MPC方法,并在柴油机上进行了试验。新开发的非线性补偿器基于各个部件模型的动态实时转换。试验结果显示,该方法在多模型运行中的工作效果良好,在使用时无须特定模型的控制策略和标定。研究表明,在标定工作中,尤其是在不需要固定设置点的开发过程中,该方法具有明显的优势。