文中对柴油机的控制

这个示例使用:

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这个示例使用systune设计和优化柴油机的天线控制器。控制器是调整了在离散时间到一个单一的操作条件。

柴油发动机模型

现代柴油机使用可变几何涡轮增压器(VGT)和废气再循环(EGR)来减少排放。严格控制的VGT升压和EGR massflow必须满足严格的减排目标。这个例子展示了如何设计和优化天线控制器调节这两个变量与燃料发动机在2100 rpm时每injection-cylinder 12毫克的质量。

open_system (“rct_diesel”)

VGT / EGR控制系统建模仿真软件。万博1manbetx控制器调整位置EGRLIFT和VGTPOSEGR和VGT的阀门。它有访问升压和EGR massflow目标和测量值,以及燃料质量和发动机转速测量。阀门都率和饱和度的限制。工厂模式是每0.1秒采样和控制信号EGRLIFT和VGTPOS刷新每0.2秒。这个例子认为一步+ 10 KPa的变化在升压和3 g / s + EGR massflow,和干扰+ 5毫克的燃料质量和速度的-200 rpm。

操作条件的考虑,我们使用系统辨识得到的线性模型引擎从实验数据。频率响应的操纵变量EGRLIFT和VGTPOS控制变量提高和EGR MF下面出现。注意植物病了在低频条件使得独立控制升压和EGR massflow困难。

σ(植物(:1:2)),网格标题(线性化引擎动力的频率响应)

控制目标

有两个主要控制目标:

反应步骤改变进气压力和EGR massflow与最小交叉耦合在大约5秒
不敏感(小)的变化速度和燃料质量。

使用第一个目标跟踪要求。指定步骤的振幅变化,以确保他们很小相对这些变化。

% 5秒响应时间、稳态误差小于5%TR = TuningGoal.Tracking ({提高裁判的;“EGRMF REF”},{“提升”;“EGRMF”},5,0.05);TR.Name =“定位点跟踪”;TR.InputScaling = [10 3];

第二个目标,把速度和燃料质量变化扰动步和指定峰值振幅和沉淀时间产生的变化在升压和EGR massflow。还指定信号的振幅,以正确地反映每个干扰的相对贡献。

%峰值< 0.5,沉淀时间< 5= TuningGoal.StepRejection博士({“FUELMASS”;“速度”},{“提升”;“EGRMF”},0.5,5);DR.Name =“抗干扰”;DR.InputScaling = (200);DR.OutputScaling = [10 3];

提供足够的鲁棒性未建模动态和混叠,限制控制带宽和施加足够的稳定利润在植物输入和输出。因为我们正在处理2×2 MIMO反馈循环,这个要求保证稳定收益或阶段每个反馈通道的变化。收益或相同时可以改变在这两个渠道,并通过不同的数量在每个通道。看到稳定的利润控制系统调优和TuningGoal.Margins获取详细信息。

%的卷-20 dB / 12月过去1 rad / sRO = TuningGoal.MaxLoopGain ({“EGRLIFT”,“VGTPOS”}1 1);罗依。LoopScaling =“关闭”;罗依。Name =“转出”;% 7 dB的增益裕度和45度的阶段M1 = TuningGoal.Margins ({“EGRLIFT”,“VGTPOS”}7 45);M1。Name =“植物输入”;M2 = TuningGoal.Margins (“柴油机”7、45);平方米。Name =“植物输出”;

调优的黑箱天线控制器

没有一个合适的控制结构的先验知识,第一次尝试各种订单的“黑箱”状态空间控制器。植物模型有四个州,所以试着控制器的四个或更少。这里我们调一个二阶控制器自SS2”“块模型模型有两个州。万博1manbetx

图1:二阶黑箱控制器。

使用slTuner接口配置优化的仿真软件模型。万博1manbetx块SS2”“标记为可调,注册地点评估利润和环形状,并指定应该执行线性化和调优的控制器采样率。

ST0 = slTuner (“rct_diesel”,“SS2”);ST0。t = 0.2;addPoint (ST0, {“EGRLIFT”,“VGTPOS”,“柴油机”})

现在使用systune调整了状态控制器控制目标。治疗稳定的利润率和碾轧约束和目标努力最好满足其余目标(软目标)。随机化的起点来减少接触不良的局部最小值。

选择= systuneOptions (“RandomStart”2);rng(0),相约= systune (ST0、博士(TR)、(M1 M2 RO),选择);

最后:软= 1.05,= 0.95708,最后迭代= 338:软= 1.05,= 0.98021,最后迭代= 525:迭代软= 1.05,= 0.98868,= 472

几乎满足所有要求(要求是满足其归一化值小于1时),验证这个图形。

图(“位置”,10、10、1071、714)viewGoal (TR博士RO M1 M2,相约)

情节选点跟踪和干扰抑制反应。规模的信号振幅显示标准化效果(提高压力变化+ 10 KPa, EGR massflow + 3 g / s,燃料质量+ 5毫克,-200 rpm和速度)。

图(“位置”[100100560500])T1 = getIOTransfer(相约,{提高裁判的;“EGRMF REF”},{“提升”,“EGRMF”,“EGRLIFT”,“VGTPOS”});T1 =诊断接头([1/10 1/3 1 1])* T1 *诊断接头(3 [10]);次要情节(211),步骤(T1(1:2,:), 15)、标题(“定位点跟踪”)次要情节(212),步骤(T1(3:4,:), 15)、标题(控制努力的)

D1 = getIOTransfer(相约,{“FUELMASS”;“速度”},{“提升”,“EGRMF”,“EGRLIFT”,“VGTPOS”});D1 =诊断接头([1/10 1/3 1 1])* D1 *诊断接头([-200]);次要情节(211),步骤(D1(1:2,:), 15)、标题(“抗干扰”)次要情节(212),步骤(D1(3:4,:), 15)、标题(控制努力的)

控制器响应在不到5秒,最小之间的交叉耦合提高和EGRMF变量。

简化控制结构的优化

了状态控制器可以实现,但通常需要归结为一个更简单、更熟悉的结构。为此,调整控制器和检查它的频率响应

C = getBlockValue(相约,“SS2”);clf波德(C (:, 1:2), C (:, 3:4), {。02年20}),网格传奇(“裁判U ',“Y U ')

bodemag (C(: 5:6)),网格标题(“波德回应FUELMASS /速度EGRLIFT VGTPOS”)

第一个情节表明控制器基本上像一个比例积分控制器作用于REF-Y(目标之间的差异和实际值的控制变量)。第二个情节表明从测量扰动操纵变量可以被增加串联滞后网络。完全这表明以下简化控制结构组成的天线系统π与一阶扰动前馈控制器。

图2:简化控制结构。

使用变体子系统,可以实现控制结构在相同的仿真软件模型,并使用一个变量之间切换。万博1manbetx在这里设置模式= 2多输入多输出信号π结构选择。像以前一样,用systune调整三个2×2增益矩阵Kp,Ki,凯萨在简化控制结构。

%“控制器”中选择“MIMOπ”变体模式= 2;%调优配置界面ST0 = slTuner (“rct_diesel”,{“金伯利进程”,“吻”,“凯”});ST0。t = 0.2;addPoint (ST0, {“EGRLIFT”,“VGTPOS”,“柴油机”})%调天线系统PI控制器。ST2 = systune (ST0 [TR博士],[M1 M2 RO]);

最后:迭代软= 1.09,= 0.99774,= 303

又几乎满足所有需求。绘制闭环反应,比较了状态设计。

clf T2 = getIOTransfer (ST2, {提高裁判的;“EGRMF REF”},{“提升”,“EGRMF”,“EGRLIFT”,“VGTPOS”});T2 =诊断接头([1/10 1/3 1 1])* T2 *诊断接头(3 [10]);次要情节(211),步骤(T1 (1:2,:), T2(1:2,:), 15)、标题(“定位点跟踪”)传说(“SS2”,“π+ FF”)次要情节(212),步骤(T1 (3:4,:), T2(3:4,:), 15)、标题(控制努力的)

D2 = getIOTransfer (ST2, {“FUELMASS”;“速度”},{“提升”,“EGRMF”,“EGRLIFT”,“VGTPOS”});D2 =诊断接头([1/10 1/3 1 1])* D2 *诊断接头([-200]);次要情节(211),步骤(D1 (1:2,:), D2(1:2,:), 15)、标题(“抗干扰”)传说(“SS2”,“π+ FF”)次要情节(212),步骤(D1 (3:4,:), D2(3:4,:), 15)、标题(控制努力的)

黑箱和简化控制结构提供类似的性能。检查调整的π值和前馈增益。

showTunable (ST2)

块1:rct_diesel /控制器/ MIMO PID / Kp u1 u2 y1 -0.007937 - -0.0008099 y2 = D = -0.02029 - 0.01454名称:Kp静态增益。- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -块2:rct_diesel /控制器/ MIMO PID / Ki u1 u2 y1 -0.01053 - -0.01428 y2 = D = -0.03012 - 0.04637名称:Ki静态增益。- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -块3:rct_diesel /控制器/ MIMO PID / Kff u1 u2 y1 0.01405 - -0.0001001 y2 = D = 0.03233 - -0.001443名称:凯静态增益。

非线性验证

验证MIMO PI控制器的仿真软件模型,把调整控制器参数模型和运行模拟。万博1manbetx

writeBlockValue (ST2)

仿真结果如下所示,确认控制器充分跟踪设定值的变化增加压力和EGR massflow并迅速拒绝了燃料质量变化(t = 90)和速度(t = 110)。

图3:仿真结果与简化控制器。

另请参阅