基于MPC的柴油机双回路EGR和VGT系统控制分析
研究了基于模型预测控制(MPC)的多变量控制系统,并对配备复杂双回路废气再循环(EGR)系统和可变几何涡轮增压器(VGT)空气处理系统的柴油机进行了试验验证,以保证该发动机的尾气排放满足严格排放法规和燃油经济性要求。空气处理系统是一个多输入、多输出的非线性系统,这使得控制系统的设计和调整具有挑战性。开发了一种线性MPC系统,其具有前后反馈控制结构,其设计过程的系统化、模块化能够极大地减少控制系统的开发和校准时间。利用Matlab/ Simulink和dSPACE快速原型工具验证了该控制系统的设计过程和性能。
在发动机稳态和瞬态条件下,需要更有效地控制其气缸内的空气组成,以满足更严格的排放和燃油经济性要求。开发了多个线性模型来处理系统的非线性问题。针对空气处理系统的反馈控制,提出了一种线性模型预测控制算法。采用了系统辨识方法对线性模型进行试验和模拟。在整个发动机工作区域及不同环境条件下,进一步验证控制系统的性能。
压缩点火柴油机是能源消耗利用率最高的发动机(原因在于其具有较高的压缩比),典型的柴油机为20∶1,而汽油机为8∶1,相对于汽油机减少了进气系统的摩擦功率,但柴油机的NOx和PM排放相对较高。而EGR能够使柴油机的NOx排放达到所需水平。EGR通过稀释吸入空气中的氧气,可降低燃烧过程的最高燃烧温度,有效降低了NOx的形成。
H.Borhanetal.2015 AmericanControlConferencePalmerHouseHilton,Chicago-July 1-3,2015.
编译:王亮