EGR-VGT柴油發(fā)動機：基于未知狀態(tài)觀測器的協(xié)同控制方法研究.pdf

1、柴油發(fā)動機作為主要的動力來源之一，雖然具有動力性強、燃油經(jīng)濟性好、使用壽命長等特點，但是近年來國內(nèi)多次大幅度“霧霾”事件的發(fā)生，加之柴油發(fā)動機不斷增長的數(shù)量使得本就緊缺的能源問題變得更加嚴重。柴油發(fā)動機的尾氣排放污染物主要為NOx和PM，而這兩種排放物正是霧霾形成的主要原因之一。
　　要同時保證柴油發(fā)動機的轉速動力性能和低排放性能，有效方法之一就是對柴油發(fā)動機的轉速回路和氣體回路進行協(xié)同控制。因此，本文基于帶有廢氣再循環(huán)(EGR)

2、和可變幾何截面渦輪增壓器(VGT)的柴油發(fā)動機，將其轉速回路和氣體回路同時作為控制目標，并針對實際系統(tǒng)中未知狀態(tài)的不可測量性，提出基于未知狀態(tài)觀測器的控制策略，具體如下:
　　首先，由于柴油發(fā)動機的精密性、傳感器的測量精度及成本等問題，導致氣體回路子系統(tǒng)中的部分系統(tǒng)狀態(tài)不能通過實際測量輸出得到。因此，本文選擇未知狀態(tài)觀測器來對這些狀態(tài)進行估計，采用兩種不同的設計方法建立了狀態(tài)觀測器，分別是基于Riccati方程的方法和基于不變橢圓

3、理論的方法，通過求解線性矩陣不等式（LMI）得到狀態(tài)觀測器增益矩陣，為后面與控制方法結合做準備。
　　其次，在上述基礎上，本文提出了基于未知狀態(tài)觀測器的氣體回路滑?？刂破?。控制目標在于對進氣歧管壓力、排氣歧管壓力及壓氣機氣體質(zhì)量流量進行軌跡跟蹤控制，將未知狀態(tài)觀測器與滑?？刂破飨嘟Y合，并利用觀測值進行控制。另外，氣體回路的控制輸入實際上是EGR和VGT兩個閥門的開度，為簡便起見，本文首先以流經(jīng)二者的氣體質(zhì)量流量作為控制變量，再通過

4、氣體流量—閥門開度轉換模塊，將其轉換為對相應的閥門開度的控制。
　　然后，在轉速回路，本文提出基于Lyapunov函數(shù)的控制器來設計轉速控制回路，在外部負載及摩擦擾動存在的情況下，設計合理的燃油質(zhì)量流量作為控制律，實現(xiàn)跟蹤期望的發(fā)動機轉速的控制目標;并將兩個子系統(tǒng)結合構成完整的柴油發(fā)動機雙環(huán)控制系統(tǒng)。為了驗證提出的控制策略的控制效果，本文還利用廢棄物排放量模型和排放影響因子等變化情況對控制結果進行驗證。
　　最后，利用AME