煤層氣發(fā)動機(jī)熱膜式MAF傳感器動態(tài)建模及基于觀測器的空燃比控制.pdf

1、將基于觀測器的滑?？刂评碚搼?yīng)用于煤層氣發(fā)動機(jī)的空燃比控制,對于改善發(fā)動機(jī)的工作性能和充分發(fā)揮氣體燃料的低排放優(yōu)勢具有非常重要的意義.相關(guān)傳感器建模和控制算法的研究,是煤層氣發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的重要研究內(nèi)容.本文基于此目的,做了如下工作: 首先,在熱膜式空氣質(zhì)量流量傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)臺架上,對傳感器進(jìn)行了靜、動態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn),并主要針對ARX、Hammerstein和Wiener以及線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,對熱膜式傳感器進(jìn)行線性及動態(tài)非線性辨識.對

2、于線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,通過改變延遲來使其模型擬合精度達(dá)到最高.對于Haremerstein和Wiener模型,對線性環(huán)節(jié)部分采用不同算法進(jìn)行階次選擇,采用OE或ARX模型結(jié)構(gòu),用多幅值輸入實(shí)現(xiàn)塊聯(lián)模型線性環(huán)節(jié)的估計(jì);再結(jié)合多項(xiàng)式辨識,實(shí)現(xiàn)非線性環(huán)節(jié)參數(shù)估計(jì).該方法物理意義明顯,計(jì)算簡單且易行. 接著,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)燃?xì)獍l(fā)動機(jī)進(jìn)氣岐管壓力基于狀態(tài)觀測器估計(jì)方法.首先根據(jù)平均值模型建立進(jìn)氣歧管動態(tài)方程,再進(jìn)一步構(gòu)造線性及非線性滑模觀測器,

3、使用MATLAB進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真,結(jié)果表明線性觀測器估計(jì)較為精確,但滑模觀測器估計(jì)精度更高. 然后,采用前饋+反饋的空燃比控制方案,再建立進(jìn)氣流量動態(tài)模型及氧傳感器動態(tài)模型,在此基礎(chǔ)上構(gòu)造滑模觀測器以對空氣流量、燃?xì)饬髁恳约翱杖急冗M(jìn)行估計(jì),采用多組數(shù)據(jù)以及不同的滑模觀測器參數(shù),仿真結(jié)果表明觀測器具有較好的魯棒性及收斂性,滑模參數(shù)過大會導(dǎo)致震動產(chǎn)生,適當(dāng)減小參數(shù)可以減小觀測誤差,提高估計(jì)精度. 最后,基于如前所述的空燃比控制

4、結(jié)構(gòu),前饋環(huán)節(jié)仍采用基于煤層氣發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)工況實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)制作的空燃?xì)饬髁棵}譜,在反饋環(huán)節(jié)加入控制器,以對空燃比進(jìn)行精確地控制.其中反饋控制器分別采用PID控制、SMC控制、RBF神經(jīng)滑?？刂扑惴?首先采用兩組不同數(shù)據(jù)分別對三種控制器的跟蹤性能進(jìn)行比較,結(jié)果表明基于觀測器的空燃比反饋控制效果較好,均能有效地將空燃比控制在理想值附近.此外,又對三種不同控制器的抗擾能力加以分析,因此在前饋環(huán)節(jié)中加入干擾,仿真表明PID控制無法同時兼顧跟蹤與擾動抑