基于模型的柴油机涡轮增压系统自适应控制研究

作     者：李梦钰 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：石磊

授予年度：2018年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：柴油机 废气放气式涡轮增压 可调两级涡轮增压 基于模型控制 涡轮流通特性模型 

摘      要：柴油机涡轮增压系统的自适应控制是实现柴油机变海拔全工况使用的关键技术之一,本文对其开展研究,对于改善柴油机高原性能恶化、提高其变海拔适应性具有重要指导意义。本文首先基于双喷嘴涡轮流通特性模型的优化算法,建立了废气放气式涡轮增压系统和可调两级涡轮增压系统的数学模型,利用奇异摄动法进行简化,确定涡轮旁通阀开度、压气机压比以及涡轮膨胀比的关系。基于推导出的模型,利用柴油机试验数据,分析系统的压比变化率随压比变化的轨迹,探究其平衡态与稳定性,考察不同条件下平衡点的移动趋势,确定系统轨迹的影响因素。针对两种增压系统分别提出不同的控制模型。废气放气式涡轮增压系统采用基于模型计算阀门前馈值和根据目标压比进行PI反馈调节的控制策略,添加瞬态过程中阀门开度的运动规划和抗积分饱和功能。可调两级涡轮增压系统利用模型计算旁通阀门开度前馈值同时结合比例反馈调节模块调节高压级压比。利用庞加莱-本迪克松定理得出系统受控后均能收敛于唯一稳定平衡点,表明控制策略的合理性。在OpenECU开发平台上搭建两级可调增压系统高压级涡轮旁通阀的控制模型,进行变海拔实验,得到全工况范围旁通阀调节规律。研究表明基于模型的控制策略可直接计算阀门前馈值,减少标定工作量。稳态增压压力与目标值的最大误差低于1.3%。瞬态工况系统响应迅速,变转速过程稳定时间不超过10s,加载过程稳定时间不超过15s。