[发明专利]一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法

说明书

本发明涉及柴油机冷却领域，特别是涉及一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法及装置。本发明的方法综合考虑柴油机的运行工况和运行环境，提供了一种多输入多输出且存在非线性和滞后效应的复杂系统的控制方法。本发明可有效减低耗油率、提升有效输出功率，减低冷却系统零部件耗功。

技术领域

本发明涉及柴油机冷却领域，特别是涉及一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法及装置。

背景技术

目前绝大多数船舶柴油机冷却系统为传统型，即海水泵和淡水泵通过齿轮系由曲轴驱动，因此冷却液流量由柴油机转速决定，而与柴油机运行工况(转速和负荷)和运行环境(温度)无关，冷却液循环回路中的节温器采用石蜡节温器，感温介质石蜡被冷却液加热或冷却产生膨胀或压缩变形，进而推动阀门开启或关闭，实现冷却液大、小循环流量的自动分配。

传统船用柴油机冷却系统的驱动型式简单、可靠性高，但其也存在明显缺点：一是冷却强度仅能被动调节，不足以应对柴油机多变的运行工况和复杂的运行环境。二是冷却系统功耗浪费。柴油机运行过程中，只有在3％～5％的时间里冷却系统的冷却强度与柴油机工况匹配，大部分时间处于冷却过度状态，冷却系统耗功浪费现象严重。三是石蜡节温器存在响应延迟和加热冷却过程的“滞回”特性。石蜡式节温器具有易腐蚀、易卡滞、灵敏度低、精度低、阀芯强度低、阀芯更换程序复杂等缺点。

由于柴油机冷却系统是一个多输入多输出且存在非线性和滞后效应的复杂系统，根据冷却水温这个单一参数进行控制，很难在复杂多变的实际使用工况下执行多参数多目标的精确控制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法。本发明开展了传统型式淡水泵、海水泵和节温器的电控化改造，设计了智能冷却系统中央集成控制器和信号采集处理系统，搭建了智能冷却系统的模拟环境试验平台；本发明的方法综合考虑柴油机的运行工况(起动暖机、正常负载、停机后冷却)和运行环境(不同温度)。本发明可有效减低耗油率、提升有效输出功率，减低冷却系统零部件耗功。

本发明的技术方案是：一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法，包括暖机控制模式、负载控制模式和停机后冷却控制模式，其特征在于：暖机初始阶段节温器开度为0，冷却淡水在小循环回路进行循环，电控淡水泵在最低稳定转速运转，电控海水泵不运转，随着柴油机暖机时间的增加淡水出机温度逐渐上升，当柴油机出水温度达到电子节温器初始开启温度时，电子节温器受到触发开度逐渐增加，部分冷却淡水经过散热器自然对流换热进行大循环，随着暖机的持续进行，电子节温器全部打开，冷却淡水全部经过散热器进行自然对流换热，当淡水出机温度上升到97％T_ed时，暖机控制模式转到负载控制模式；负载控制模式指电控淡水泵和电控海水泵的前馈开环MAP控制和闭环积分分离PID控制算法；后冷却控制仅控制电控淡水泵，其中，积分分离PID控制算法为：

积分分离PID算法可表示为：

式中，β为积分项的开关系数：

k_p－比例系数；T_I－积分时间常数；T_D－微分时间常数，u(k)为控制量输出，k为在系统运行总时间t过程中，PID控制器的信号采集总次数，为信号采集k次后的目标值偏差总积累量，j为信号采集总次数k中的第j次信号采集；K为开环放大系数，τ为纯滞后时间。

根据如上所述的一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法，其特征在于：暖机控制模式中的变论域模糊控制具的模糊控制器包括以下步骤：(1)确定输入、输出变量；(2)输入变量模糊化包括a.模糊论域划分：b.确定量化因子；(3)确定隶属度函数；(4)建立模糊规则库；(5)解模糊。