基于離散時間積分MCS算法的共軌系統(tǒng)自適應跟蹤控制

馬亞玲

摘 要： 為了獲取燃油共軌壓力動態(tài)參數(shù)，采用離散時間積分MCS自適應算法設(shè)計了一個全新的模型。通過實驗，證明了離散時間積分自適應作用可以提高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)； 離散時間積分； 跟蹤控制； MCS算法

中圖分類號： TN820.4?34； TB123 文獻標識碼： A 文章編號： 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荷下的燃油噴注量，而且也能預期油滴尺寸、分布、滲透特性。然而發(fā)動機工作復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間積分自適應壓力控制策略：最小控制合成（MCS）算法[1?2]。離散時間積分MCS算法在連續(xù)時間情況下，通過添加一個顯性離散時間自適應積分控制項[3]，在穩(wěn)定或非穩(wěn)定控制時起到補償非零均值偏差作用。實驗證明，基于離散時間積分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)在進氣歧管壓力、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、CR壓力與燃油噴射之間，建立了連續(xù)時間變化的關(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)過油水分離器3到燃油高壓泵4，燃油經(jīng)過高壓泵加壓后進入共軌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，它的容積應削減高壓油泵的供油壓力波動和每個噴油器由噴油過程引起的壓力震蕩。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，壓力調(diào)節(jié)器保證油軌在出現(xiàn)壓力異常時，迅速將油軌中的壓力進行放泄[5]。

5 噴射持續(xù)時間的計算

系統(tǒng)干擾[η（t）]取決于發(fā)動機轉(zhuǎn)速（或高壓泵轉(zhuǎn)速）和噴射持續(xù)時間，噴射控制如圖3所示。

圖中：[md]噴注量為[mac（S?Ncyl）]；[mac]為發(fā)動機空氣進氣量；[Ncyl]為氣缸數(shù)。對于2.0 L 4缸發(fā)動機，基于轉(zhuǎn)速[Ne]和進氣歧管壓力[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，它通過噴射器[gmd，Pa]模型求逆得到噴射持續(xù)時間。為了在控制變量和干擾源之間計算噴射持續(xù)時間，共軌燃油平均估計壓力[Pa]的反饋引入了非線性耦合計算。

6 實驗結(jié)果

為了證明共軌控制平均估計壓力的有效性，本節(jié)將對設(shè)計的控制器進行實驗測試[7]。實驗測試平臺建立在Bosch高壓噴射系統(tǒng)GDI發(fā)動機上，高壓泵驅(qū)動為1.5 kW的三相異步電控電機（型號為SE23400220）。每18°曲軸轉(zhuǎn)角時進行采樣。如圖4所示。

從圖4可以看到當進氣歧管壓力增加，發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以提高至6 000 r/min；當進氣歧管壓力下降時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速也隨之降低。

圖5為引入時間離散MCS算法時，共軌模型參考壓力與平均估計壓力值隨時間變化的曲線圖。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加時，噴射需求壓力也隨之增加，在轉(zhuǎn)速為6 000 r/min時，共軌壓力需求達到最大值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為模型參考壓力調(diào)節(jié)和跟蹤性能。

圖8為自適應增益變化曲線，由于參考輸入的持續(xù)激勵和模型參數(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)映射方法可以實現(xiàn)控制增益變化保持在預定范圍內(nèi)。

7 結(jié) 論

本文基于離散時間積分MAC算法設(shè)計的共軌系統(tǒng)自適應控制模型，其優(yōu)點是無任何基于模型的前饋補償，并且非線性壓力擾動具有魯棒性。經(jīng)過實驗研究，證明了本文所提出的自適應算法能夠有效控制共軌壓力。該算法在不增加反饋時間并兼顧控制復雜度和性能前提下，是一種更標準的增益調(diào)節(jié)控制方案。endprint

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