[发明专利]涡轮增压柴油机气路显式模型预测控制方法

权利要求书

1.一种涡轮增压柴油机气路显式模型预测控制方法，其特征在于：其步骤是：

S1.系统辨识数据采集

选择通过APRBS和控制变量的方法来施加激励，以求能测量更多工况下的系统响应情况；

S2.系统辨识

对于涡轮增压柴油机气路系统模型设为：

其中m为系统阶次；k为系统当前采样时刻，k＝1,2,...,M；M＞2m+1；M为总采样时长；a_i(i＝1,2,...,m)、b_j(j＝0,1,...,m)为2×2的参数矩阵；为系统k时刻输出的进气歧管压强和排气歧管压强；ξ(k)为k时刻的预测噪声；

S3.令θ＝[a₁,a₂,...,a_m,b₀,b₁,...,b_m]^T为2×(2m+1)行、2列的待辨识矩阵；

为2行、2×(2m+1)列的观测矩阵，其中和为数据采集得到的k-1时刻系统真实的输出值和输入值；

则气路系统最小二乘辨识形式为：

S4.令为测量矩阵；H_M＝[h(1) h(2) … h(M)]^T为输入输出数据矩阵，则气路系统的最小二乘误差J为：

以待辨识矩阵为自变量对误差进行求导，得到的极值点即为最佳待辨识参数；

S5.控制过程分为离线和在线两部分

a、在离线过程中，首先获得涡轮增压柴油机的系统的状态空间方程，这个方程是离散的，如下式所示：

其中，设n_x、n_u、n_y分别为状态量，控制量，输出量空间维数，为被控系统的状态量；为被控系统的控制输入量，即VGT和EGR的开度；为被控系统的输出量，即进气歧管和排气歧管压强；

定义二次代价函数以描述性能指标：

其中，N为预测时域长度，U_N＝{u₀,...,u_N-1}为控制序列，Q、R分别为控制输出矩阵与控制输入矩阵的权值矩阵，Y_min、Y_max为输出向量约束；U_min、U_max为控制输入约束，根据控制输入输出的物理特性，设置VGT开度约束为20％-100％；EGR的开度约束设置为0％-100％；

b、在线过程，首先控制器获取输入，根据其输入执行查表命令，搜索每个分区并判断分区是否可行，若可行则执行本区控制律，若不可行则继续下一个分区搜索判定，直到遍历所有分区，若没有分区符合要求则不执行控制律。