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专利号: 2015105291050
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 燃烧发动机;热气或燃烧生成物的发动机装置
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于线性模型和滑模控制器的HCCI发动机燃烧正时控制方法,其特征在于:建立HCCI发动机离散非线性燃烧正时模型,并得到N组随θIVC变化的TSOC、PSOC、θCA50的数据;所述TSOC、PSOC、θCA50和θIVC的含义分别为,HCCI发动机起燃时刻缸内气体温度TSOC、起燃时刻缸内气体压力PSOC和燃烧正时曲轴角θCA50,进气门关闭正时曲轴角θIVC;

TSOC、PSOC和θCA50作为HCCI发动机线性模型的状态变量,θIVC作为HCCI发动机线性模型的输出,则线性化后的状态方程表示为根据已获得的θIVC、TSOC、PSOC、θCA50数据,利用多元线性回归的方法对参数aij,bi,i=1,2,

3,j=1,2,3进行估计,最终得到离散的状态方程

xk+1=Axk+Buk

其中

x=[TSOC PSOC θCA50]T

u=[θIVC]

其中A为系统矩阵,B为输入矩阵;

将进气歧管温度Tman、进气歧管压力Pman、燃油当量比φ作为干扰因素加入所述HCCI发动机线性模型得到xk+1=Axk+Buk+Fw

其中

w=[Tman Pman φ]T

F为干扰项矩阵,同理F矩阵中的fij,i=1,2,3,j=1,2,3通过多元线性回归方法进行估计得到;

利用BP神经网络建立一个黑箱模型对所述加入干扰因素的HCCI发动机线性模型误差进行修正,从而使预测的燃烧正时与实际的燃烧正时相近;该黑箱模型是以加入干扰因素的HCCI发动机线性模型预测得到的燃烧正时 进气歧管温度Tman、进气歧管压力Pman和燃油当量比φ为输入,修正后的燃烧正时θCA50为输出的三层BP神经网络模型。

2.根据权利要求1所述基于线性模型和滑模控制器的HCCI发动机燃烧正时控制方法,其特征在于:所述HCCI发动机离散非线性燃烧正时模型选取起燃时刻缸内气体温度TSOC、起燃时刻缸内气体压力PSOC和燃烧正时曲轴角θCA50作为模型状态,进气门关闭正时曲轴角θIVC作为模型控制输入,θCA50作为模型输出;因此,HCCI发动机离散非线性燃烧正时模型为:xk+1=F(xk,uk+1)

yk+1=Cxk+1

其中,x=[TSOC PSOC θCA50]T;u=θIVC;输出y=θCA50;输出矩阵C=[0 0 1]。

3.根据权利要求1所述基于线性模型和滑模控制器的HCCI发动机燃烧正时控制方法,其特征在于:所述BP神经网络的隐含层激活函数为Tan-Sigmoid函数,输出层激活函数为纯线性函数,网络训练算法为Levenberg-Marquardt算法。

4.根据权利要求1或2或3所述基于线性模型和滑模控制器的HCCI发动机燃烧正时控制方法,其特征在于:还包括用二分查找法来查找得到HCCI发动机线性模型对应的理想燃烧正时信号 给定实际HCCI发动机的理想燃烧正时信号 以及可以得到对应HCCI发动机线性模型的燃烧正时的一个大致范围 然后利用该范围的上下界求取平均值,即 作为黑箱模型对应 的输入,从而得到对应实际HCCI发动机线性模型的燃烧正时 如果, 大于 则令 否则,令 然

后继续查找,直到达到迭代的上限或者已经达到目标燃烧正时 此时的 便是HCCI发动机线性模型对应的理想燃烧正时 。

5.根据权利要求1或2或3所述基于线性模型和滑模控制器的HCCI发动机燃烧正时控制方法,其特征在于:HCCI发动机线性模型的输出经过卡尔曼滤波器滤波后得到输出估计值 和状态估计值 基于该估计值,以期望的 和 作为输入,θIVC作为输出设计基于指数趋近率的离散滑模控制器,并对HCCI发动机线性模型进行控制。

6.根据权利要求5所述基于线性模型和滑模控制器的HCCI发动机燃烧正时控制方法,其特征在于:所述卡尔曼滤波器为式中,为最优状态估计量;y为实际输出值;为根据上一循环最优的估计状态量预测得到的当前循环状态量;L为卡尔曼增益;为对应预测状态 的协方差;R为测量噪声 的协方差;I为单位矩阵;t为迭代周期数,A为系统矩阵,B为输入矩阵,F为干扰项矩阵,C为输出矩阵,w为包含燃油当量比φ、歧管温度Tman和压力Pman在内的噪声矩阵。

7.根据权利要求5所述基于线性模型和滑模控制器的HCCI发动机燃烧正时控制方法,其特征在于:所述离散滑模控制器得到的控制律ut为式中, 为理想燃烧正时;s为离散滑模面; 为卡尔曼滤波器估计得到的HCCI发动线性模型预测的燃烧正时;c1为大于零的常数;

其中,离散滑模面选取为