重型柴油机废热回收的有机朗肯循环线性二次积分控制

2016-12-06

汽车文摘 2016年5期

提出了一个非线性有机朗肯循环模型控制器的设计，该模型用于重型柴油机瞬态余热回收。有机朗肯循环的热交换器采用基于能量和质量守恒原理的动边界模型描述。将面向控制的动态换热器模型和静态膨胀机与泵模型连接在一起，其中静态膨胀机与泵模型和发动机曲轴是耦合的。控制器用于调节一个行驶循环内发动机瞬态扰动（温度和曲轴转速）产生的蒸发冷凝压力。比例积分控制器与线性二次积分控制器不同点在于它们的执行器。两种控制器的设计都是基于线性有机朗肯循环模型，并都应用于非线性模型。仿真表明，执行器是两组态时，比例积分控制器和线性二次积分控制器无法达到压力设定值；执行器是三组态时，能够改进有机朗肯循环的可控性，且线性二次积分控制器也能够调节压力设定值。结果表明，汽车在瞬态扰动条件下，对于非线性有机朗肯循环，多输入多输出的线性二次积分控制优于单输入单输出的比例积分控制。

提出了一种有机朗肯循环，用于汽车发动机排气能量回收。有机朗肯循环模型具有面向控制的特点，其基于物理运动边界换热器模型，并与静态泵、膨胀机、阀模型等连接。对于汽车驱动周期瞬态热响应，线性有机朗肯循环与非线性有机朗肯循环模型吻合。

两个单输入单输出的比例积分控制器可以实现压力调节。比例积分控制并不适合三组态，这是因为其无法明显反映外执行器如何参与内执行器的压力调节。利用全状态反馈、线性二次积分构架，通过确定最佳多输入多输出的关系，可以避免这个问题，。

两组态和三组态反映了对于有机朗肯循环不同程度的控制。无论对于比例积分控制器，还是线性二次积分控制器，两组态均不能获得理想的压力调节。线性二次积分控制没有表现出比采用两组态比例积分控制更好的调节性能。加入第三执行器能够改进有机朗肯循环的控制，但是线性二次积分降低了调节误差。

David Luong1 et al. 2014 American Control Conference （ACC），June 4-6，2014.

编译：王亮杂的发动机控制策略，以解决非常规的和非线性的控制问题。因此，当前和未来柴油机设计面临的挑战在很大程度上是由于柴油机控制问题的复杂性。

控制系统设计步骤如下。

（1）基于所述发动机物理构造和参数建立模型；

（2）运行测试单元，获得的数据校准模型；

（3）定义控制器结构（即控制器的输入和输出）；

（4）定义控制器优化问题中的约束条件和相对重要性因子，并给定初值；

（5）校准参数化多变量求解器、发动机控制单元以及系统运行的控制器；

（6）调整控制器测试单元（包括初始调整和故障排除）。