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一种气体燃料发动机面向控制的动态建模方法研究
| 论文题名： | 一种气体燃料发动机面向控制的动态建模方法研究 |
| 关键词： | 气体燃料发动机;煤层气发动机;数字控制器;传感器;滤波器 |
| 摘要： | 基于数字控制器的发动机管理系统存在各种控制问题，主要包括信号的采集和处理、脉动噪声、传感器/滤波器的响应延迟、瞬态控制的带宽限制等。基于模型的控制方法可以解决其中的很多问题。同时，为了满足以多变量、非线性和时变特性为特征的先进控制理论应用于发动机控制的需要，本文针对一种特定的气体燃料发动机——煤层气发动机，开发了3种面向控制的发动机模型。主要研究内容如下： 1)针对与空燃比控制相关的传感器高频采样信号，研究了信号在时域和频域内的特性。基于空气和燃气流量的信号特性，建立了包含高次谐频分量的流量波动模型。通过分别对空气和燃气流量波动模型进行仿真，测试了几种基于冲程平均的采样(EABSn)算法，选择出合适的流量的抗混叠采样策略。 2)从空气和燃气在进气系统、发动机、排气系统的传输和动态响应延迟的角度，分析了节气门阶跃变化引起的空燃比偏移的原因。延迟补偿后，建立了空燃比的Hammerstein模型。利用发动机稳态实验数据，分别辨识出空气和燃气流量到空燃比的静态多项式模型；然后根据发动机动态实验数据，采用子空间法辨识出空燃比偏移的多变量动态模型，并采用3种准则函数来选择子空间动态模型的阶次。 3)基于进气系统的物理状态方程，分别推导出发动机歧管压力和空燃比的差分方程模型结构。基于遗忘因子(FF)算法和卡尔曼滤波器(KF)算法，通过选择合适的更新步(遗忘因子和协方差矩阵)，得到了可以有效抑制泵气噪声、预报平均进气歧管压力的自适应模型；基于FF算法，通过选择较小的遗忘因子，建立了精确预测空燃比的自适应模型，同时可以提供自适应控制所需参数的实时估计。 4)基于对角形式的矩阵分式描述(MFD)形式，构造了双输入/双输出的进气系统前馈流量控制模型结构。根据渐近(ASYC)准则，分别选择空气和燃气流量子模型的阶次，并采用渐近辨识法来估计模型参数。采用两种传统的时域模型检验方法(残差分析、交叉验证)和两种面向控制的频域模型检验方法(模型误差建模、辨识模型误差上限)，分别对所建模型进行了评价，结果表明，渐近流量模型在时域和频域内都具有很高的精度，且适于模型预测控制。 |
| 作者： | 安鹏 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 滕勤 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 合肥工业大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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