重型柴油機(jī)廢熱回收的有機(jī)朗肯循環(huán)線性二次積分控制

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重型柴油機(jī)廢熱回收的有機(jī)朗肯循環(huán)線性二次積分控制

提出了一個(gè)非線性有機(jī)朗肯循環(huán)模型控制器的設(shè)計(jì)，該模型用于重型柴油機(jī)瞬態(tài)余熱回收。有機(jī)朗肯循環(huán)的熱交換器采用基于能量和質(zhì)量守恒原理的動(dòng)邊界模型描述。將面向控制的動(dòng)態(tài)換熱器模型和靜態(tài)膨脹機(jī)與泵模型連接在一起，其中靜態(tài)膨脹機(jī)與泵模型和發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸是耦合的?？刂破饔糜谡{(diào)節(jié)一個(gè)行駛循環(huán)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)擾動(dòng)（溫度和曲軸轉(zhuǎn)速）產(chǎn)生的蒸發(fā)冷凝壓力。比例積分控制器與線性二次積分控制器不同點(diǎn)在于它們的執(zhí)行器。兩種控制器的設(shè)計(jì)都是基于線性有機(jī)朗肯循環(huán)模型，并都應(yīng)用于非線性模型。仿真表明，執(zhí)行器是兩組態(tài)時(shí)，比例積分控制器和線性二次積分控制器無法達(dá)到壓力設(shè)定值；執(zhí)行器是三組態(tài)時(shí)，能夠改進(jìn)有機(jī)朗肯循環(huán)的可控性，且線性二次積分控制器也能夠調(diào)節(jié)壓力設(shè)定值。結(jié)果表明，汽車在瞬態(tài)擾動(dòng)條件下，對于非線性有機(jī)朗肯循環(huán)，多輸入多輸出的線性二次積分控制優(yōu)于單輸入單輸出的比例積分控制。

提出了一種有機(jī)朗肯循環(huán)，用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣能量回收。有機(jī)朗肯循環(huán)模型具有面向控制的特點(diǎn)，其基于物理運(yùn)動(dòng)邊界換熱器模型，并與靜態(tài)泵、膨脹機(jī)、閥模型等連接。對于汽車驅(qū)動(dòng)周期瞬態(tài)熱響應(yīng)，線性有機(jī)朗肯循環(huán)與非線性有機(jī)朗肯循環(huán)模型吻合。

兩個(gè)單輸入單輸出的比例積分控制器可以實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)。比例積分控制并不適合三組態(tài)，這是因?yàn)槠錈o法明顯反映外執(zhí)行器如何參與內(nèi)執(zhí)行器的壓力調(diào)節(jié)。利用全狀態(tài)反饋、線性二次積分構(gòu)架，通過確定最佳多輸入多輸出的關(guān)系，可以避免這個(gè)問題，。

兩組態(tài)和三組態(tài)反映了對于有機(jī)朗肯循環(huán)不同程度的控制。無論對于比例積分控制器，還是線性二次積分控制器，兩組態(tài)均不能獲得理想的壓力調(diào)節(jié)。線性二次積分控制沒有表現(xiàn)出比采用兩組態(tài)比例積分控制更好的調(diào)節(jié)性能。加入第三執(zhí)行器能夠改進(jìn)有機(jī)朗肯循環(huán)的控制，但是線性二次積分降低了調(diào)節(jié)誤差。

David Luong1 et al. 2014 American Control Conference （ACC），June 4-6，2014.

編譯：王亮雜的發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略，以解決非常規(guī)的和非線性的控制問題。因此，當(dāng)前和未來柴油機(jī)設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)在很大程度上是由于柴油機(jī)控制問題的復(fù)雜性。

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟如下。

（1）基于所述發(fā)動(dòng)機(jī)物理構(gòu)造和參數(shù)建立模型；

（2）運(yùn)行測試單元，獲得的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模型；

（3）定義控制器結(jié)構(gòu)（即控制器的輸入和輸出）；

（4）定義控制器優(yōu)化問題中的約束條件和相對重要性因子，并給定初值；

（5）校準(zhǔn)參數(shù)化多變量求解器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元以及系統(tǒng)運(yùn)行的控制器；

（6）調(diào)整控制器測試單元（包括初始調(diào)整和故障排除）。

Vincenzo Alfieri，Daniel Pachner. SAE 2014-01-1160.

編譯：張玉倫