高压共轨柴油机的柔性控制策略研究

【摘要】高压共轨电控技术是唯一能够满足欧Ⅳ以上排放法规的柴油机控制技术,其控制策略也逐渐变得既复杂又灵活。高压共轨柴油机的工作实质是把高压燃油喷射到气缸中,通过燃烧转化为对外的输出转矩,其最终是一种转矩需求的控制。此外,共轨管中的燃油压力对喷射到气缸中的燃油雾化和喷射速率有所影响,进而对燃烧过程产生影响。多次喷射的喷油起始点和喷油量是整个控制系统中最为重要的一个控制环节。因此,通过分析高压共轨柴油机的控制需求,提出了基于“转矩—轨压—喷油”的柔性控制策略的解决方案,开展了以下研究工作。(1)研究了转矩控制的综合柔性控制架构及各控制子模块的控制策略发动机的转矩需求决定了喷油量的多少,而进气量与喷油量之间的空燃比是燃烧控制的一个重要因素。在转矩控制架构的信息流中采用主控通道和前导通道相结合的方式,使得进气与喷油量的控制能够相互统一、协调。主控通道是发动机转矩控制流的主要通道,通道中的数据是控制的基准值。前导通道是在发动机工况突变的情况下,对主控通道的一种动态补偿。研究了各控制子模块的控制功能和边界条件,建立了各自具体的控制模型,具备了一定的柔性控制特征。在怠速控制的相关模块中,采用“客户机一服务器”的控制策略,构建了怠速控制子框架。在转矩控制的一些子模块中,根据发动机的不同工况设计了PI、PD或PID自动切换的控制算法,还提供了一种PID控制的多参数选择方案。(2)研究了轨压控制的复合柔性控制架构及各控制子模块的控制策略针对轨压控制的需求分析,提出了轨压复合控制架构的解决方案,即：发动机起动时采用开环控制,起动结束后自动切换到串级控制。该架构具有一定的柔性特征：开环控制响应快,能够快速建立轨压,属于粗调,而串级控制相对复杂,属于精调。为了改变常规PID控制中的积分作用和微分作用,在某些工况下会显得其控制作用过强或过弱,串级控制中的主、副控制器采用了可分离积分作用、一阶微分和变PID参数的控制算法,使得控制过程能够随发动机工况的变化而改变,其控制响应快。(3)研究了喷油控制的准确柔性控制架构及各控制子模块的控制策略通过多次喷射控制的需求分析,提出了一种多次喷射协调控制架构的解决方案。设计使用了一种带喷射状态字的多次喷射协调控制器来完成对预喷控制器、主喷控制器和后喷控制器的使能选择,解决预喷、后喷是否释放及多次喷射的组合模式等问题。主喷、预喷和后喷控制器对喷射释放审核、喷射起始点、喷油量以及喷射持续时间的精确计算,有助于对发动机燃烧过程的精确控制。这些计算过程都会涉及到当前某个具体的喷射组合与最小喷油量、最小喷射起始点、主喷油量之间的关系等内容。(4)高压共轨柴油机柔性控制策略的试验验证及相关硬件驱动的实现采用自制的驱动电路板、ES1000硬件设备等相关试验平台进行软件在环测试。在发动机的起动、怠速、加速和减速工况的试验中,分别对转矩控制、轨压控制和喷射控制的柔性控制策略进行了试验验证,其动态控制响应和稳定性较好。为了实现前面介绍的软件控制系统,重点进行了高压泵电磁阀和电磁式喷油嘴的驱动电路设计。通过高压泵电磁阀硬件驱动的研究与设计,把驱动电流反馈引入轨压的软件控制系统,从而完成串级控制中的副环控制。在喷嘴硬件驱动中,采用英飞凌的TLE6282作为驱动主芯片,研究了电磁式喷油嘴的“Peak-Hold”电流硬件驱动方案,并配合软件系统完成了发动机台架试验。
【作者】徐劲松；
【导师】申立中；
【作者基本信息】昆明理工大学，机械设计及理论，2014，博士
【关键词】高压共轨柴油机；柔性控制策略；转矩-轨压-喷油控制；高压泵与喷嘴硬件驱动；

【参考文献】
[1]孙超.基于风险量化分析的电力变压器多层次检修策略研究[D].重庆大学,电气工程,2014,硕士.
[2]朱华强.交通运输企业资源管理系统设计及实现[D].武汉理工大学,2004.
[3]徐吉静,王中利,徐丹,张新波.锂空气电池关键材料研究[A].中国化学会.中国化学会第29届学术年会摘要集——第24分会：化学电源[C].中国化学会:,2014:1.
[4]佟敏,李方村.中国移动BOSS异地容灾系统的建设[J].现代电信科技,2004,09:30-33.
[5]陈学旺.黄仁宇的明史研究[D].淮北师范大学,史学理论及史学史,2014,硕士.
[6]杨西建.FGF21在对乙酰氨基酚诱导的小鼠急性肝功能衰竭中的作用研究[D].吉林大学,生物化学与分子生物学,2014,硕士.
[7]杨义.基于事件域认知模型理论视角下大学英语写作教学的实证研究[D].四川外国语大学,英语语言文学,2014,硕士.
[8]周守华,陶春华.环境会计:理论综述与启示[J].会计研究,2012,02:3-10+96.
[9]郭乐安.贵阳市汇金广场项目成本管理问题研究[D].西安科技大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[10]李树波.系统代谢工程改造光滑球拟酵母生产3-羟基丁酮[D].江南大学,发酵工程,2014,博士.
[11]刘婷.GATA6启动子区域甲基化状态与先天性心脏病的关系研究[D].苏州大学,儿科学,2014,硕士.
[12]王善鹏.基于流形学习的滚动轴承故障特征提取方法研究[D].大连理工大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[13]石立国.微网实验系统的分析与设计[D].天津理工大学,电力系统及其自动化,2013,硕士.
[14]吴用.家蚕丝氨酸蛋白酶BmSP82的研究[D].西南大学,生物化学与分子生物学,2014,硕士.
[15]于佃荣.Al-Sn-Cu汽车轴瓦耐磨涂层的制备与研究[D].上海工程技术大学,材料加工工程,2012,硕士.
[16]安俊峰.游戏评价数据的分类预测研究[D].东华大学,控制工程（专业学位）,2014,硕士.
[17]杨欣,施利毅,马寒冰,陆文聪.支持向量机在砂磨分散主要参数研究中的应用[J].仪器仪表学报,2003,S2:510-511+518.
[18]方敏蒨.铁路行政事业单位内部控制体系研究[D].北京交通大学,2014.
[19]佘微微.河北省独立学院就业指导现状调查分析[D].北京中医药大学,社会医学与卫生事业管理,2014,硕士.
[20]张晓萌.彩色马铃薯杂种F_1优良无性株系选育及SSR分析[D].内蒙古农业大学,作物遗传育种,2013,硕士.
[21]孙晓敏.基于空间光调制器的动态目标模拟器的设计[D].苏州大学,光学工程（专业学位）,2014,硕士.
[22]鲍敏秦,张原,张双才.高校化学实验室安全问题及管理对策探究[J].实验技术与管理,2012,01:188-191.
[23]潘智.糠醛渣与重庆高硫煤在循环流化床中混合燃烧的试验研究[D].重庆大学,动力工程及工程热物理,2014,硕士.
[24]杨雪松,李长春,张锐,母东杰.阀控非对称缸全状态反馈位置系统研究[J].北京交通大学学报,2014,01:153-158.
[25]刘洁.河北省农产品比较优势研究[D].河北农业大学,2004.
[26]宋丹.从目的论视角分析英文喜剧中幽默语翻译[D].东北财经大学,外国语言学及应用语言学,2012,硕士.
[27]吴蓉.基于大检修体系的上海市电力公司检修公司组织设计及发展研究[D].上海交通大学,高级工商管理（EMBA）,2013,硕士.
[28]李岩.氯离子在混凝土中的渗透性能与钢筋腐蚀临界浓度的试验研究[D].南京水利科学研究院,材料学,2003,硕士.
[29]谭民,疏松桂.神经元网络在故障诊断中的双向联想记忆法[J].自动化学报,1991,01:95-99.
[30]贾铮.尾矿坝爆破振动试验与仿真研究[D].首都经济贸易大学,安全技术及工程,2013,硕士.
[31]郭丽娜.中国画构图样式对中国油画的影响[D].河北师范大学,美术,2014,硕士.
[32]程基哲.侯方域散文研究[D].兰州大学,中国古代文学,2013,硕士.
[33]蔚赵春,吴绍春,王炜.一种改进的序贯模式算法在地震学中的应用[J].计算机应用研究,2005,08:150-152.
[34]李佳欣,张勇.工形截面钢拱弹塑性稳定分析[J].建筑结构学报,2014,S1:107-112.
[35]郝忠华.父母婚姻质量对幼儿师范学校青少年性别角色的影响[D].内蒙古师范大学,心理健康教育,2013,硕士.
[36]龙玉.妊娠期特异性血清甲状腺激素正常参考范围的研究[D].广西医科大学,妇产科（专业学位）,2013,硕士.
[37]位倩倩.基于Aspen对煤焦油中三混油和醋酸—水精馏分离过程的模拟[D].新疆大学,化学工程与技术,2013,硕士.
[38]徐金才.镇焦铸造焦自动配料微机系统通过省级鉴定[J].冶金自动化,1996,05:28.
[39]谭翠.扩散障的显微结构对宽域氧传感器泵电流的影响[D].华中科技大学,材料工程,2013,硕士.
[40]张朋飞.大学生创业能力培养对策研究[D].大连理工大学,高等教育学,2013,硕士.
[41]李陶深,韩婷.一种基于粗集理论与神经网络的综合数据挖掘算法[J].广西大学学报(自然科学版),2004,03:211-213.
[42]周芳.文化强国建设视阈下的《在延安文艺座谈会上的讲话》研究[D].西北师范大学,马克思主义中国化,2013,硕士.
[43]张忠林.27.5kV永磁真空断路器控制器及其电磁兼容性的研究[D].西南交通大学,电气工程,2014,硕士.
[44]胡俊伟.压缩感知在通信中的应用研究[D].杭州电子科技大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[45]何玥临.四川省人口流动与经济发展相互影响研究[D].吉林大学,人口学,2014,硕士.
[46]滕秀明.对全国体育教育专业学生基本功大赛方案优化设计的研究[D].沈阳体育学院,体育人文社会学,2014,硕士.
[47]刘华钧.法官身份保障制度研究[D].浙江工商大学,诉讼法学,2013,硕士.
[48]成峰.《威尼斯商人》中的权力动态[D].上海外国语大学,英语语言文学,2013,硕士.
[49]黄小琴.多Agent电子商务推荐系统研究[D].重庆大学,2003.
[50]宋玉玲,王宁.利用实体语义信息的关键字查询结果多样化[J].计算机科学与探索,2014,03:266-274.