[发明专利]基于负载变化率主动观测的自学习转速控制方法

说明书

本发明公开了一种基于负载变化率主动观测的自学习转速控制方法，包括以下步骤：步骤1，通过反馈控制计算转动惯性力矩；利用摩擦扭矩模型估计当前的摩擦扭矩，得到摩擦扭矩；步骤2，在发动机的转速动态变化的基础上，增加负载扭矩和负载扭矩变化率两个“扩张状态”；步骤3，通过观测器进行在线迭代，对转速、负载扭矩及负载扭矩变化率进行在线观测；步骤4，在转动惯性力矩的基础上，利用负载扭矩的估计值做补偿，得到有效扭矩；在有效扭矩的基础上叠加步骤1的摩擦扭矩，获得指示扭矩；步骤5，通过发动机的指示扭矩模型计算得到喷油量，喷油控制系统根据喷油量控制转速。解决了造成发动机转速波动的原因，显著提高了转速控制的抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及发动机转速控制技术领域，特别是涉及一种基于负载变化率主动观测的自学习转速控制方法。

背景技术

转速控制是发动机控制的重要功能之一。转速的控制品质对于发动机怠速工况的油耗和舒适性、发电用发电机的电压和功率的稳定性，以及混合动力系统中模式过渡的平顺性影响显著。虽然发动机转速控制不是一个新问题，但负载扭矩未知这一难题一直没有很好的解决，也影响了转速的控制品质。

比例-微分-积分(PID)控制是最常用的转速控制算法，当时为了保证控制品质，通常需要复杂的参数标定。鲁棒控制是一种性能比较稳定的控制器，也被尝试着应用于转速控制，如文献(Hrovat,Devor,and Jing Sun.Models and control methodologies forIC engine idle speed control design.Control Engineering Practice5.8(1997):1093-1100.)所示。但是，鲁棒控制器的设计比较保守，限制了其瞬态性能。Song等人提出了基于线性变参数(LPV)模型的转速控制器，然而这种LPV模型的设计过程却比较复杂(Song,Qingwen,and Karolos M.Grigoriadis.Diesel engine speed regulation usinglinear parameter varying control.Proceedings of the 2003 American ControlConference,2003..Vol.1.IEEE,2003.)。Sun等人提出了转速的最优控制算法，然而最优控制在鲁棒性上存在局限性，限制了其工程应用(Sun,Pu,B.Powell,and Davor Hrovat.Optimal idle speed control of an automotive engine.Proceedings of the2000American Control Conference.ACC(IEEE Cat.No.00CH36334).Vol.2.IEEE,2000.)。Yin等人提出基于模糊逻辑的转速控制算法，但是模糊逻辑的设计规则比较复杂(Yin,Xiaofeng,Dianlun Xue,and Yun Cai.Application of time-optimal strategy andfuzzy logic to the engine speed control during the gear-shifting process ofAMT.Fourth International Conference on Fuzzy Systems and Knowledge Discovery(FSKD 2007).Vol.4.IEEE,2007.)。Shu等人采用非线性模型预测控制(NMPC)的方法开展了转速控制，但是NMPC的计算量大，对模型精度的需求高，在嵌入式系统中应用存在一定程度的受限(Li,Shu,Hong Chen,and Shuyou Yu.Nonlinear model predictive control foridle speed control of SI engine.Proceedings of the 48h IEEE Conference onDecision and Control(CDC)held jointly with 2009 28th Chinese ControlConference.IEEE,2009.)。Feng等人提出了基于自适应算法转速控制方法(Feng,Meiyu,and Xiaohong Jiao.Double closed-loop control with adaptive strategy forautomotive engine speed tracking system.International Journal of AdaptiveControl and Signal Processing31.11(2017):1623-1635.)，但是，该算法并没有直接解决负载扭矩的不确定性问题。Stotsky等人针对未知的干扰，提出了变结构的怠速控制算法，如参考文献(Stotsky,Alexander,Bo Egardt,andEriksson.Variablestructure control of engine idle speed with estimation of unmeasurabledisturbances.J.Dyn.Sys.,Meas.,Control 122.4(2000):599-603.)所示。然而，滑模控制中的震颤问题一直没有能够很好地解决。