[发明专利]一种仿真实现宽域氧传感器算法验证及参数优化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及发动机控制系统，尤其涉及一种通过仿真实现发动机控制系统中宽域氧传感器的控制算法验证及其参数优化的方法。

背景技术

在发动机控制系统中，由于开关型氧传感器产生的电压信号和混合气的含氧量成严重的非线性关系，所以ECU不能对空燃比进行非常精确的控制，而只能采样其中间平均值来控制调节下一循环工况的喷油脉宽，这就导致了实际混合气一直在浓和稀之间来回波动，降低了空燃比的控制精度。与开关型氧传感器相比，宽域氧传感器能够产生一个和实际混合气空燃比成线性变化的信号给ECU，可以实现对整个浓燃烧和稀薄燃烧范围的空燃比控制。宽域氧传感器相对于传统开关型氧传感器的结构组成，工作原理都更为复杂，且其中的温度和泵氧电流控制回路的驱动控制电路之间还存在一定的耦合干扰，这就使宽域氧传感器的控制优化更加困难。因此，在前期需要对其制定控制策略，还应对控制策略的算法进行验证、参数优化，然而由于宽域氧传感器的理论模型非常复杂，计算非常困难。在现有技术中是通过一个控制器来调整氧传感器的输出，使发动机在过渡工况时实现闭环控制。但是这样的技术方案不能用于对控制策略的参数定值优化。比如公开日为 2008年09月10日、公开号为CN101566107的专利文献公开的一种车用气体燃料发动机的宽域氧传感器控制器，它由电源模块(3)、加热模块(4)和由信号放大模块(5)、信号判断模块(6)、反馈控制模块(7)、输出放大模块(8)组成的控制模块连成，控制器接受氧传感器反馈电压(VS)，通过反馈控制模块产生V2，经放大输出VOUT，通过判断空燃比是否为1，并使空燃比为1的两侧有不同方向的电压信号，产生不同方向的泵电流(IP)，宽域氧传感器的信号在经过后端处理器以后在0～5V的范围内变化，输出信号与空燃比呈较为理想的线性关系。该技术方案同样不能用于控制策略的算法验证和参数优化。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种通过仿真实现宽域氧传感器算法验证及参数优化的方法，它在仿真软件中对宽域氧传感器工作在稀混合气环境下时的泵氧电流Ip和能斯特电压Vs进行控制策略仿真，以PI闭环控制策略来实现宽域氧传感器算法验证、参数优化，大幅提高产品开发效率。

本发明针对现有技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的，一种仿真实现宽域氧传感器算法验证及参数优化的方法，包括下述步骤：

（1）     在稀混合气环境下，构建宽域氧传感器电流和电压控制模型；

（2）     对宽域氧传感器电流和电压控制模型进行参数识别；

（3）     确定控制策略为PI闭环控制；

（4）     启动仿真系统，构建仿真模型，参数设置； 

（5）     仿真分析；

（6）     算法验证、参数优化，根据比例积分控制模型，调节比例和积分系数，不断地调试迭代，调试时保持实际混合气的过量空气系统稳定在目标空燃比附近。

将宽域氧传感器设定在稀混合气环境下工作，首先根据宽域氧传感器工作原理创建电流-电压控制模型，通过测量估算对宽域氧传感器电流和电压控制模型进行参数识别；构建电流-电压控制仿真模型，设置相应的时间、步长等等仿真参数，之后进行仿真结果分析等操作；对泵氧电流（Ip）和能斯特电压（Vs）的控制模型进行P（比例）I（积分）闭环控制策略仿真，实现宽域氧传感器在仿真环境的算法验证、参数优化。在参数优化时，根据比例积分控制算法模型，调节比例和积分系数，不断地调试迭代，从而对控制算法进行验证并找出优选参数。在调试时尽量保持实际混合气的过量空气系数稳定在目标空燃比。

作为优选，仿真系统是Matlab/Simulink集成软件包。Matlab 是通用计算软件之一，Simulink 是基于 Matlab的图形化仿真平台，是 Matlab提供的进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。

作为优选，宽域氧传感器控制模型是：

                                                 

其中，Vs：能斯特电压；Ip：泵氧电流；Es：能斯特电动势; 、、及θ4是待识别参数；与废气含氧相关的变量；与参考气体含氧相关的变量。通过仿真估算出控制模型(A)和(B)中的、、及θ4的数值。