CN114320626B - 一种天燃气发动机用混合器控制方法及*** - Google Patents

一种天燃气发动机用混合器控制方法及*** Download PDF

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Abstract

一种天燃气发动机用混合器控制方法及***，包括如下步骤：获取天燃气和空气的基础参数，通过基础参数得到天燃气和空气的体积动态模型；通过体积动态模型得到调节误差；通过调节误差得到自适应律；将进入混合器的天燃气压力作为控制要素，并通过调节误差以及自适应律得到其控制策略。本申请既解决了天燃气供给***存在压力波动、空气与天燃气混合处压力值存在量测误差的问题，又将天燃气供给***存在压力波动对空燃比控制精度的影响抑制在水平γ之下。

Description

一种天燃气发动机用混合器控制方法及***
技术领域
本申请涉及一种天燃气发动机用混合器控制方法及***。
背景技术
对于以天燃气等气体燃料为基础的内燃机，提高其与空气准确以及实时的空燃比至关重要。但是其受到了影响因素非常之多，这对于空燃比的精确控制带来了诸多的不利条件。例如，天燃气供给***存在压力波动，使进入混合器的天燃气存在不确定性，影响空燃比的控制精度；用压力传感器测量的空气与天燃气混合处压力值存在量测误差，同样影响空燃比的控制精度。此外，空气与天燃气混合物的压力一般情况下也有较大的波动，这显然对于空燃比的控制精度存在不利影响。
发明内容
为了解决上述问题，本申请公开了一种天燃气发动机用混合器控制方法，包括如下步骤：
获取天燃气和空气的基础参数，通过基础参数得到天燃气和空气的体积动态模型；
通过体积动态模型得到调节误差；
通过调节误差得到自适应律；
将进入混合器的天燃气压力作为控制要素，并通过调节误差以及自适应律得到其控制策略。
优选的，所述空气的体积动态模型为
Figure GDA0003814911860000011
所述天燃气的体积动态模型为
Figure GDA0003814911860000012
Figure GDA0003814911860000021
其中，t是时刻，Va(t)是进入混合器的空气体积，Vg(t)是进入混合器的天燃气体积，Ca是空气流量系数，Cg是天燃气流量系数，Aa是空气流通面积，Ag是天燃气流通面积，Pa(t)是进入混合器的空气压力，Pg(t)是进入混合器的天燃气压力，ΔPg(t)是天燃气供给***压力波动量，Pd(t)是空气与天燃气混合处的压力，ρa是空气密度，ρg是天燃气密度。
优选的，所述调节误差为y(t)，
Figure GDA0003814911860000022
优选的，取自适应律
Figure GDA0003814911860000023
为
Figure GDA0003814911860000024
其中，
Figure GDA0003814911860000025
是Pd(t)的在线估计值，
Figure GDA0003814911860000026
是
Figure GDA0003814911860000027
的导数，即对
Figure GDA0003814911860000028
积分得
Figure GDA0003814911860000029
取
Figure GDA00038149118600000210
其中，
Figure GDA00038149118600000211
表示Pd(t)与其在线估计值
Figure GDA00038149118600000212
的误差。
优选的，天燃气压力控制器Pg(t)为：
Figure GDA00038149118600000213
其中，λd为空燃比的理想值，γ为噪声抑制水平。
优选的，还包括一验证的过程：
对y(t)取微分
Figure GDA00038149118600000214
Figure GDA00038149118600000215
优选的，选取李雅普诺夫函数
Figure GDA00038149118600000216
对V(t)取微分：
Figure GDA0003814911860000031
优选的，将天燃气压力控制器Pg(t)以及自适应律
Figure GDA0003814911860000032
带入到
Figure GDA0003814911860000033
当中，得到：
Figure GDA0003814911860000034
对该式两侧进行[0,∞]积分，
Figure GDA0003814911860000035
优选的，
Figure GDA0003814911860000036
另一方面，还公开了一种天燃气发动机用混合器控制方法，还包括如下模块：
参数获取模块，用于获取天燃气和空气的基础参数，通过基础参数得到天燃气和空气的体积动态模型；
数据处理模块，用于通过体积动态模型得到调节误差、通过调节误差得到自适应律；
控制模块，将进入混合器的天燃气压力作为控制要素，并通过调节误差以及自适应律得到控制策略用于天燃气内燃机的控制。
本申请能够带来如下有益效果：本申请既解决了天燃气供给***存在压力波动、空气与天燃气混合处压力值存在量测误差的问题，又将天燃气供给***存在压力波动对空燃比控制精度的影响抑制在水平γ之下。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请的控制方式的示意图；
图2为空燃比调节误差的变化示意图；
图3为自适应律的变化示意图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本申请进行详细阐述。
一种天燃气发动机用混合器控制方法，包括如下步骤：
获取天燃气和空气的基础参数，通过基础参数得到天燃气和空气的体积动态模型；
通过体积动态模型得到调节误差；
通过调节误差得到自适应律；
将进入混合器的天燃气压力作为控制要素，并通过调节误差以及自适应律得到其控制策略。
本申请实质公开了一种电控燃气混合器鲁棒自适应控制策略，包括计及天燃气供给***压力波动、空气与天燃气混合处压力未知的进入混合器的空气体积、天燃气体积动态模型、进入混合器的天燃气压力控制器，如图1所示。
建立基于天燃气供给***压力波动、空气与天燃气混合处压力未知的进入混合器的空气体积、天燃气体积动态模型：
Figure GDA0003814911860000051
其中，t是时刻，Va(t)是进入混合器的空气体积(m3)，Vg(t)是进入混合器的天燃气体积(m3)，Ca是空气流量系数，Cg是天燃气流量系数，Aa是空气流通面积(m2)，Ag是天燃气流通面积(m2)，Pa(t)是进入混合器的空气压力 (kPa)，Pg(t)是进入混合器的天燃气压力(kPa)，ΔPg(t)是天燃气供给***压力波动量，Pd(t)是空气与天燃气混合处的压力(kPa)，ρa是空气密度(kg/ m3)，ρg是天燃气密度(kg/m3)。
定义空燃比调节误差y(t)：
Figure GDA0003814911860000052
则
Figure GDA0003814911860000053
Figure GDA0003814911860000054
选取李雅普诺夫函数
Figure GDA0003814911860000055
其中
Figure GDA0003814911860000056
Figure GDA0003814911860000057
为自适应律。
对V(t)取微分：
Figure GDA0003814911860000058
Figure GDA0003814911860000059
Figure GDA0003814911860000061
取进入混合器的天燃气压力控制器Pg(t)为：
Figure GDA0003814911860000062
Figure GDA0003814911860000063
取自适应律
Figure GDA0003814911860000064
为
Figure GDA0003814911860000065
将(5)、(6)代入(4)，可得
Figure GDA0003814911860000066
将(7)两边在[0,∞]积分，可得
Figure GDA0003814911860000067
移项
Figure GDA0003814911860000068
由(8)知，利用上述方法，既解决了天燃气供给***存在压力波动、空气与天燃气混合处压力值存在量测误差的问题，又将天燃气供给***存在压力波动对空燃比控制精度的影响抑制在水平γ之下。
Figure GDA0003814911860000069
Figure GDA00038149118600000610
对于控制器(5)的有效性，可以利用公式(1)、(2)、(5)、(6)，在MATLAB/Simulink里搭建数值仿真模型验证，验证效果见图2、图3。
由图2、图3可看出，空燃比调节误差y(t)稳定在零点的邻域内，且自适应律在线估计出了空气与天燃气混合处压力值，即所设计的控制器(5)能够有效抑制天燃气供给***存在压力波动、在线估计空气与天燃气混合处压力值，提高了空燃比的控制精度。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种天然气发动机用混合器控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
获取天然气和空气的基础参数，通过基础参数得到天然气和空气的体积动态模型；
通过体积动态模型得到调节误差；
通过调节误差得到自适应律；
将进入混合器的天然气压力作为控制要素，并通过调节误差以及自适应律得到其控制策略；
所述空气的体积动态模型为
Figure 164669DEST_PATH_IMAGE002
，所述天然气的体积动态模型为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 599586DEST_PATH_IMAGE004
是时刻，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
是进入混合器的空气体积，
Figure 238378DEST_PATH_IMAGE006
是进入混合器的天然气体积，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
是空气流量系数，
Figure 23800DEST_PATH_IMAGE008
是天然气流量系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
是空气流通面积，
Figure 700157DEST_PATH_IMAGE010
是天然气流通面积，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
是进入混合器的空气压力，
Figure 912832DEST_PATH_IMAGE012
是进入混合器的天然气压力，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
是天然气供给 ***压力波动量，
Figure 163554DEST_PATH_IMAGE014
是空气与天然气混合处的压力，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
是空气密度，
Figure 755597DEST_PATH_IMAGE016
是天然气密度；
所述调节误差为
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 549109DEST_PATH_IMAGE018
；
取自适应律
Figure DEST_PATH_IMAGE019
的导数为
Figure 401528DEST_PATH_IMAGE020
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为空燃 比的理想值，
Figure 509250DEST_PATH_IMAGE019
是
Figure 246262DEST_PATH_IMAGE014
的在线估计值，即对
Figure 159861DEST_PATH_IMAGE022
积分得
Figure 589705DEST_PATH_IMAGE019
；
取
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，其中，
Figure 690385DEST_PATH_IMAGE024
表示
Figure 965508DEST_PATH_IMAGE014
与其在线估计值
Figure 2122DEST_PATH_IMAGE019
的误差；
天然气压力控制器
Figure 337288DEST_PATH_IMAGE012
为：
Figure 190844DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure 269658DEST_PATH_IMAGE021
为空燃比的理想值，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
为噪声抑制水平，使得天然气供给***的压力波动对空 燃比控制精度的影响抑制在水平
Figure 16903DEST_PATH_IMAGE027
之下。
2.根据权利要求1所述的一种天然气发动机用混合器控制方法，其特征在于：还包括一验证的过程：
对
Figure 788550DEST_PATH_IMAGE017
取微分
Figure 601173DEST_PATH_IMAGE028
：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
。
3.根据权利要求2所述的一种天然气发动机用混合器控制方法，其特征在于：选取李雅 普诺夫函数
Figure 608312DEST_PATH_IMAGE030
；
对
Figure DEST_PATH_IMAGE031
取微分：
Figure 960796DEST_PATH_IMAGE032
。
4.根据权利要求3所述的一种天然气发动机用混合器控制方法，其特征在于：将天然气 压力控制器
Figure 293557DEST_PATH_IMAGE012
以及自适应律
Figure 731492DEST_PATH_IMAGE019
带入到
Figure DEST_PATH_IMAGE033
当中，得到：
Figure 138727DEST_PATH_IMAGE034
，对该式两侧进行
Figure DEST_PATH_IMAGE035
积分，
Figure 1510DEST_PATH_IMAGE036
。
5.根据权利要求4所述的一种天然气发动机用混合器控制方法，其特征在于：
Figure DEST_PATH_IMAGE037
。
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