[发明专利]一种氮氧传感器泵单元自适应控制系统

说明书

本发明涉及控制系统领域，尤其是一种氮氧传感器泵单元自适应控制系统。该控制系统包括一个用于控制受控对象的PID控制器和一个用于自适应调节PID参数的BP神经网络。该发明通过在传统PID控制的基础上引入了神经网络算法，增强控制系统的适应性与鲁棒性，以提高泵单元的控制性能。

技术领域

本发明涉及控制系统领域，尤其是一种氮氧传感器泵单元自适应控制系统。

背景技术

近年来，随着经济的不断发展和人民生活水平的提高，中国汽车保有量持续上升，增幅保持在10%以上，截至2020年底，中国机动车保有量已经突破3.72亿辆。来自汽车排放的尾气污染是大气污染的主要来源，占大气污染成分的六成以上。其中，以NO与NO2为主的氮氧化物是一种褐色的、有刺激性气味的有害气体，虽然在汽车尾气中含量不算很高，但其毒性很大，为含硫氧化物的3倍左右，是形成光化学烟雾和酸雨的重要原因之一。随着国五国六和欧洲最新排放标准的出台，传统的车用氧传感器只能完成标准要求的氧测量功能，却无法完成废气中氮氧化物的检测要求。

目前，汽车市场上常用三类氧传感器进行尾气气氛检测，一是无需控制回路的单腔室四线氧传感器，二是单闭环反馈控制的双腔室五线氧传感器，三是复杂三腔室结构的氮氧传感器。前二者的研究相对比较成熟，而氮氧传感器的成果主要集中在加热系统设计和单泵单元的控制，对于其三腔室泵单元控制的描述较少。由于气体从第一腔室向第二腔室流通，主泵单元对后两个泵单元影响较大，而后两个泵单元对主泵单元影响非常小，因此对主泵单元的控制至关重要。目前，对于氮氧传感器主泵单元的控制以PID控制为主，传统的PID控制器凭借其算法简单、易于实现且可靠性高的优势，在工业控制系统中得到了十分广泛的应用，但对于氮氧传感器这种复杂的时变系统，传统PID控制性能往往会受到影响。

发明内容

为了克服现有的控制系统的控制性能较低的不足，本发明提供了一种氮氧传感器泵单元自适应控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种氮氧传感器泵单元自适应控制系统，包括一个用于控制受控对象的PID控制器和一个用于自适应调节PID参数的BP神经网络。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述PID控制器为经典增量式PID控制器，PID控制器的表达式为：

；

其中为PID控制器的比例，为PID控制器的积分，为PID控制器的微分系数，e(k)为k时刻系统输出的期望值与实际值之间的误差，为当前采样时刻的控制增量。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述BP神经网络是有隐含层的三层前馈网络，包括输入层、隐含层和输出层；BP神经网络输出层的三个输出分别与PID控制器的三个参数、和对应。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述隐含层激活函数为双曲正切函数，隐含层激活函数的表达式为：

；

输出层激活函数的表达式为：

。

本发明的有益效果是，该发明通过在传统PID控制的基础上引入了神经网络算法，增强控制系统的适应性与鲁棒性，以提高泵单元的控制性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的框架图；

图2是本发明的BP神经网络的结构图；

图3是本发明的氮氧传感器主泵单元控制示意图；

图4是本发明的氮氧传感器内部结构图。

具体实施方式

图1是本发明的框架图； 图2是本发明的BP神经网络的结构图；图3是本发明的氮氧传感器主泵单元控制示意图；图4是本发明的氮氧传感器内部结构图。