基于模型的柴油机涡轮增压系统自适应控制研究

发布时间：2020-09-28 10:33

　　柴油机涡轮增压系统的自适应控制是实现柴油机变海拔全工况使用的关键技术之一,本文对其开展研究,对于改善柴油机高原性能恶化、提高其变海拔适应性具有重要指导意义。本文首先基于双喷嘴涡轮流通特性模型的优化算法,建立了废气放气式涡轮增压系统和可调两级涡轮增压系统的数学模型,利用奇异摄动法进行简化,确定涡轮旁通阀开度、压气机压比以及涡轮膨胀比的关系。基于推导出的模型,利用柴油机试验数据,分析系统的压比变化率随压比变化的轨迹,探究其平衡态与稳定性,考察不同条件下平衡点的移动趋势,确定系统轨迹的影响因素。针对两种增压系统分别提出不同的控制模型。废气放气式涡轮增压系统采用基于模型计算阀门前馈值和根据目标压比进行PI反馈调节的控制策略,添加瞬态过程中阀门开度的运动规划和抗积分饱和功能。可调两级涡轮增压系统利用模型计算旁通阀门开度前馈值同时结合比例反馈调节模块调节高压级压比。利用庞加莱-本迪克松定理得出系统受控后均能收敛于唯一稳定平衡点,表明控制策略的合理性。在OpenECU开发平台上搭建两级可调增压系统高压级涡轮旁通阀的控制模型,进行变海拔实验,得到全工况范围旁通阀调节规律。研究表明基于模型的控制策略可直接计算阀门前馈值,减少标定工作量。稳态增压压力与目标值的最大误差低于1.3%。瞬态工况系统响应迅速,变转速过程稳定时间不超过10s,加载过程稳定时间不超过15s。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK423
【部分图文】：

地势图,地势图

习近平总书记以熔铸古今的战略眼光提出共建“一带一路”的重大倡议，受到国际社会的广泛认可与支持。由于其沿途地貌的特殊性，关于交通工具海拔适应性的研究必将为推进“一带一路”建设提供重要支撑。事实上，如图1-1所示，“一带一路”的“一带”沿“第三极地区”北缘向西蔓延至中亚，“一路”沿“第三极地区”南缘往西，不仅辐射众多高原地形，海拔跨度也十分宽广。“第三极地区”是指青藏高原及其周边地区，西起帕米尔高原和兴都库什地区，东至横断山脉，北起昆仑山和祁连山，南至喜马拉雅山区，总面积达500万平方公里，平均海拔超过4000米，属于“一带一路”建设核心区[1]。此外，我国的高原地形具有面积大、平均海拔高和变化范围广的特点：国土总面积的57%为海拔1000米以上的高原地形

涡轮增压系统,增压系统

的可调两级增压系统已成为柴油机变海拔性能恢复问题的首选方案。a. 废气放气式增压系统 b. 可调两级增压系统 c. 可变截面增压系统图1-2 不同涡轮增压系统Fig.1-2 Different turbocharging system综上，对于涡轮增压系统，特别是废气放气式涡轮增压系统和可调两级增压系统旁通阀调节规律以及控制策略的研究，对于提高柴油机变海拔运行时的动力性能、经济性能具有重要意义，可服务于高原地区交通运输和经济建设，促进“一带一路”政策落地，提高人民生活水平。

转速,对应关系,膨胀比,压比

转速 (rpm)c. 与转速的对应关系 d. 与转速的对应关系图2-8 不同转速对应的方程系数Fig.2-8 Equation coefficients at different engine speeds1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.40.05.0x10-61.0x10-51.5x10-52.0x10-52.5x10-53.0x10-5t(πt)πt1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.40.00.20.40.60.81.0c(πc)πca. 与膨胀比的对应关系 b. 与压比的对应关系1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.40.02.0x10-54.0x10-56.0x10-58.0x10-51.0x10-41.2x10-41.4x10-4fturb(πt)πt1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.40.02.0x10-24.0x10-26.0x10-28.0x10-21.0x10-1fwg(πt)πtc. 与膨胀比的对应关系 d. 与膨胀比的对应关系图2-9 模型(2-38)中各函数、、和Fig.2-9 Functions , , and in model (2-38)

【参考文献】