基于拉盖尔函数的涡轮增压汽油机空气路径非线性模型预测控制



基于拉盖尔函数的涡轮增压汽油机空气路径非线性模型预测控制

空气路径随着车辆许多新执行器（涡轮增压器、废气再循环系统、可变气门正时系统等）的增加而处于重要研究地位，具有各种饱和执行器的汽油机成为多输入、多输出的非线性系统。已经证明，模型预测控制可以很好地替代非线性多变量过程控制。

非线性模型预测控制（NMPC）中的一个关键因素（即控制信号或控制信号增量）为未来控制轨迹建模。在快速采样情况下，对于控制步长可能需要大量的参数，从而影响优化和计算。采用基于小波分解的方法可以改善控制的计算效率问题。通过减少预测步长内控制轨迹的自由度来克服上述缺点，也可以通过基于拉盖尔多项式扩展控制轨迹应用于线性情况来解决。本文将该方法扩展到非线性情况，并应用于涡轮增压汽油机的空气路径控制。提出基于物理的发动机模型。提出NMPC以及控制轨迹的参数化策略，并给出了仿真结果。

基于参数化的未来控制轨迹使用NMPC方案，实现了对涡轮增压汽油机空气路径的控制。控制轨迹的参数化基于拉盖尔多项式。本研究主要贡献在于建立了基于物理的非线性发动机模型。在该方法中，将寻找最优未来控制轨迹的问题转化为确定一组拉盖尔多项式的乘法系数而得到控制轨迹的参数，提高了系统的响应速度和稳定性。进一步的研究方向为实现控制器实时控制。

Jamil El Hadef et al. 2013 IEEE 978- 1- 4799-2228-4/13.

编译：王欣欣