[发明专利]模型预测控制中的约束合并

说明书

一种方法、控制系统以及推进系统使用模型预测控制来控制和跟踪若干参数以改善所述推进系统的性能。确定受控变量集的许多可能命令值集。确定用于所述受控变量的初始约束，其包括每个受控变量的上限和下限以及每个受控变量的变化率上限和下限。然后确定所述受控变量的合并约束极限集。每个合并约束极限是通过将所述上限和下限中的一者与所述变化率上限和下限中的一者合并来确定的。确定每个可能命令值集的成本，并且选择具有最低成本并且落入所述合并约束极限集内的所述可能命令值集以用于控制所述推进系统。

技术领域

本发明涉及一种用于控制机动车辆的推进系统的控制系统和方法，并且更具体地涉及一种使用多变量控制器的控制系统和方法。

背景技术

内燃机在气缸内燃烧空气/燃料混合物以驱动产生驱动转矩的活塞。经由节气门调节进入发动机的气流。更具体地，节气门调整节气门开度面积，从而增加或减少进入发动机的空气流量。例如，随着节气门面积的增加，进入发动机的空气流量也增加。燃料控制系统调整燃料喷射的速率以向气缸提供期望的空气/燃料混合物和/或实现期望的转矩输出。增加被提供给气缸的空气和燃料的量会增加发动机的转矩输出。

在火花点火发动机中，火花起始被提供给气缸的空气/燃料混合物的燃烧。在压缩点火发动机中，气缸中的压缩燃烧被提供给气缸的空气/燃料混合物。火花正时和空气流量是用于调整火花点火发动机的转矩输出的主要机制，而燃料流量可以为用于调整压缩点火发动机的转矩输出的主要机制。

已经开发了发动机控制系统来控制发动机输出转矩以实现期望转矩。然而，传统的发动机控制系统不能如期望的那样精确地控制发动机输出转矩并且并未在考虑诸如燃料经济性等其他变量的情况下控制发动机输出转矩。另外，传统的发动机控制系统不提供对控制信号的快速响应，也无法在影响发动机输出转矩的各种装置之间协调发动机转矩控制。

已经提出模型预测控制(MPC)系统用于改善推进系统的控制和响应。然而，需要大量的计算时间和计算能力来解决具有多个受控变量的大型复杂问题，每个受控变量具有若干约束，所述约束包括上限和下限以及变化率极限。

发明内容

本发明提供了一种在MPC控制系统中将上限和下限与受控变量的变化率约束合并的方法和系统。因此，通过使用所述上限约束和所述变化率上限约束中的一者或另一者(但不是两者)来解决MPC问题；并且通过使用所述下限约束和所述变化率下限约束中的一者或另一者(但不是两者)来解决MPC问题。因此，减少了计算时间和计算能力，并且MPC问题变得更容易和更快地解决。

在可以与本文公开的其他形式组合或分离的一种形式中，提供了一种用于控制机动车辆的推进系统的方法。所述方法包括以下步骤：为多个受控变量产生多个可能命令值集并且为所述多个受控变量产生初始约束集。初始约束集包括每个受控变量的上限和下限以及每个受控变量的变化率上限和下限。所述方法还包括为所述多个受控变量产生合并约束极限集。每个合并约束极限是通过将所述上限和下限中的一者与相应受控变量的所述变化率上限和下限中的一者合并来确定的。所述方法还包括确定每个可能命令值集的成本并且选择具有最低成本并且落入所述合并约束极限集中的可能命令值集来定义选定命令值集。选定命令值集包括每个受控变量的选定命令值。

在可以与本文公开的其他形式组合或分离的另一种形式中，提供了一种用于控制具有内燃机的机动车辆的推进系统的控制系统。所述控制系统命令生成器模块，其被配置为对多个受控变量产生多个可能命令值集。所述控制系统还具有约束合并模块，其被配置为对所述多个受控变量产生初始约束集，其中所述初始约束集包括每个受控变量的上限和下限以及每个受控变量的变化率上限和下限。所述约束合并模块还配置为对所述多个受控变量产生合并约束极限集，其中每个合并约束极限是通过将所述上限和所述下限中的一者与所述变化率上限和所述变化率下限中的一者合并来确定的。所述控制系统还包括成本模块和选择模块。所述成本模块被配置为确定每个可能命令值集的成本。所述选择模块被配置为选择具有最低成本并且落入所述合并约束极限内的可能命令值集合来定义选定命令值集合。选定命令值集包括每个受控变量的选定命令值。