基于MPC的柴油机双回路EGR和VGT系统控制分析



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