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专利号: 2019108390357
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LSTM的混合燃料HCCI发动机燃烧正时估计方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

采样获得HCCI发动机在运行过程当中的进气门关闭正时θivc、排气门关闭正时θevc、进气歧管温度Tman、进气歧管压力Pman、混合燃料中正庚烷的质量Mhe、混合燃料中异辛烷的质量Miso、混合燃料在气缸中燃烧所释放的热量Wtotal、空燃比AFR以及发动机转速N、得到原始的输入数据集;

采用Z‑score标准分数算法标准化原始数据集,使原始数据集变换到同一数量级;

采用PCA主成分分析算法对标准化后的数据集进行降维;

采用数据分割对数据集进行窗口长度为L的数据分割;

将经过Z‑score标准化、PCA降维以及数据分割后的数据集输入到训练好的LSTM神经网络黑箱模型中,得到模型输出;

对模型输出进行反标准化得到最终的模型估计结果。

2.根据权利要求1所述的基于LSTM的混合燃料HCCI发动机燃烧正时估计方法,其特征在于,所述采样获得HCCI发动机在运行过程当中的进气门关闭正时θivc、排气门关闭正时θevc、进气歧管温度Tman、进气歧管压力Pman、混合燃料中正庚烷的质量Mhe、混合燃料中异辛烷的质量Miso、混合燃料在气缸中燃烧所释放的热量Wtotal、空燃比AFR以及发动机转速N,得到原始的输入数据集;具体包括:

根据HCCI发动机燃烧的化学动力学过程,确定与HCCI发动机燃烧正时相关的变量,包括:θivc、θevc、Tman、Pman、Mhe、Miso、Wtotal、AFR以及N;在各种汽车运行工况下,每个循环即曲轴转角每转过720°采集一次数据,得到原始输入数据集如下:其中n表示采样周期数即发动机燃烧循环。

3.根据权利要求1所述的基于LSTM的混合燃料HCCI发动机燃烧正时估计方法,其特征在于,所述采用Z‑score标准分数算法标准化原始数据集,使原始数据集变换到同一数量级,公式如下:

其中,下标i表示原始数据集中的变量,Zi,j表示标准化后数据输出,xi,j表示原始数据集中的第i个变量中的第j个值, 为变量i的均值, 为变量i的标准差。

4.根据权利要求1所述的基于LSTM的混合燃料HCCI发动机燃烧正时估计方法,其特征在于,所述PCA主成分分析算法具体包括以下步骤:T

输入数据集D={θivc,θevc,...,N}9×1,将数据集降维到6维;

a)对所有输入样本中心化处理: 下标i表示标准化输入数据集中的变量,j=1,2,…,n;xi,j表示第i个变量的第j个数据;mi,j为去中心化处理后对应变量的值;

n表示第i个变量中数据的总数;

T T

b)计算数据集协方差矩阵XX :数据集D={θivc,θevc,...,N}9×1,每个变量中数据的总数为n,则标准化后的数据集组成一个9×n的矩阵;

则样本的协方差矩阵:

其中cov(cs,ct)表示随机变量cs、ct二者的协方差,且:cov(cs,ct)=E[(cs‑E(cs))(ct‑E(ct))]     (5)

1≤s,t≤n;s,t,n∈N其中E(T)表示随机变量T的期望值;

T

c)对XX进行特征值分解,求出特征值λi和特征向量ωi;

* * *

d)保留最大的6个特征值对应的特征向量,构成投影矩阵W=(ω1 ,ω2 ,…,ω6),输出*

PCA降维数据为D。

5.根据权利要求4所述的基于LSTM的混合燃料HCCI发动机燃烧正时估计方法,其特征在于,所述采用数据分割对输入进行窗口长度为L的数据分割,具体为:经过Z‑score标准化以及PCA降维处理之后得到数据为:* T

DATA=D={X1,X2,…,X6}={S}     (6)然后对其进行窗口为L的数据分割得到分割后的数据:Xseg={S1,S2,…,SL}      (7)

1≤p≤L;L<n;p,L,n∈N其中,Sp表示分割好的6×n/L数据矩阵;则与之对应的输出为:Y={Y1,Y2,…,YL}      (9)Yp=[y(p+1),y(p+2),…,y(p+n/L)]1×n/L    (10)。

6.根据权利要求5所述的基于LSTM的混合燃料HCCI发动机燃烧正时估计方法,其特征在于,所述将经过Z‑score标准化、PCA降维以及数据分割后的数据集输入到训练好的LSTM神经网络黑箱模型中,得到模型输出,具体包括:将分割好的数据X输入训练好的LSTM神经网络黑箱模型中,在经过L个按前后时刻连接的同构LSTM细胞计算之后,其输出表示为:P={P1,P2,…,PL}    (11)Pp=LSTMforward(Sp,Cp‑1,Hp‑1)      (12)其中,Cp‑1和Hp‑1分别为前一个LSTM细胞的状态和输出,LSTMforward为其前向计算方式。

7.根据权利要求6所述的基于LSTM的混合燃料HCCI发动机燃烧正时估计方法,其特征在于,所述对模型输出进行反标准化得到最终的模型估计结果,公式如下:Y=Piσ+μ     (14)。