CN205297753U - 基于并行双pid的发动机转速管理*** - Google Patents

Abstract

一种基于并行双PID的发动机转速管理***，包括转速设定点计算器、PID控制参数计算器、双PID控制器，双PID控制器包括并行运算的上限PI控制器、下限PI控制器及微分控制器，转速设定点计算器以高低怠速转速请求、外部设备的转速请求作为输入值，输出上下限转速设定点，PID控制参数计算器以上下限转速设定点为输入值，输出上下限PI参数组，上下限转速设定点与上下限PI参数组分别作为上限PI控制器、下限PI控制器的输入值，输出上下限PI控制的值，上下限PI控制的值通过微分控制器输出PID控制的值作为总的输出干涉发动机的需求扭矩。本设计不仅操作简单，而且能对发动机转速进行统一和有效地管理。

Description

基于并行双PID的发动机转速管理***

技术领域

本实用新型涉及一种高压共轨电控柴油机中的发动机转速管理***，尤其涉及一种基于并行双PID的发动机转速管理***，主要适用于对发动机转速进行统一和有效地管理。

背景技术

发动机转速是表征发动机运行工况的一个非常重要的特征变量，在许多工况下都要对发动机转速进行控制，最典型的工况就是怠速控制。在柴油机大规模电控化以前，机械柴油机一般都使用调速器来对转速进行调控，国三法规实施以后，电控高压共轨成了柴油机的主流技术，转速控制也由电子控制器（EECU）进行管理。

一般意义上的发动机转速控制指高低怠速的控制，随着电控发动机的普及，通过CAN总线远程控制发动机转速成为可能。现在对发动机转速有请求的来源，可将其分为如下三类：发动机转速工作范围的请求，包括高低怠速；来自CAN总线的外部设备转速请求访问，包括变速箱、ABS、整车控制器、取力箱及缓速器；可变转速请求，包括非总线形式的取力箱转速请求，可通过方向盘处的开关调节转速。众多的转速请求源会带来如下问题：当出现多个转速请求源时，目标转速如何设定、控制参数如何选择；如何快速有效的从一种请求源切换到另一种请求源。

PID算法可以用来控制柴油机的转速。传统的PID只能针对工况变化范围较小的情况，而柴油机的运行范围工况（包括转速和扭矩）比较宽泛，因此需要提出新的方法来满足柴油机转速的复杂运行情况，另外，传统的单独PID算法不能对发动机转速进行统一和有效地管理。

中国专利申请公布号为CN103742278A，申请公布日为2014年4月23日的发明公开了一种挡位切换时的发动机转速控制***，由TMS和EMS组成，EMS包括基础扭矩模块、PID控制模块和微处理器，TMS进行挡位切换，向发动机管理***发送转速控制请求信号、整车负载阻力矩、响应时间和发动机目标转速，当转速控制请求信号有效时，基础扭矩模块将发动机阻力矩、整车负载阻力矩和转动惯量力矩相加作为基本扭矩输出，PID控制模块以发动机转速偏差和发动机实际扭矩作为输入，得到修正扭矩输出，微处理器根据发动机转速偏差计算得到转动惯量力矩，还将基本扭矩输出和修正扭矩输出相加，得到发动机实际扭矩输出和发动机实际转速输出。该发明虽然具有扭矩按需输出、转速响应精准、PID控制精细等优点，但是其仍然存在以下缺陷：该发明只能针对挡位切换时发动机的转速进行控制，而对于多种转速请求，这样的设计不能对发动机转速进行统一和有效地管理。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不能对发动机转速进行统一和有效地管理的缺陷与问题，提供一种能对发动机转速进行统一和有效地管理的基于并行双PID的发动机转速管理***。

为实现以上目的，本实用新型的技术解决方案是：一种基于并行双PID的发动机转速管理***，所述发动机转速管理***包括转速设定点计算器、PID控制参数计算器、双PID控制器，双PID控制器包括PI控制器、微分控制器，所述PI控制器包括并行运算的上限PI控制器、下限PI控制器。

所述转速设定点计算器的输出端分别与PID控制参数计算器的输入端、上限PI控制器的输入端、下限PI控制器的输入端信号连接，所述PID控制参数计算器的输出端分别与上限PI控制器的输入端、下限PI控制器的输入端信号连接，所述上限PI控制器的输出端与微分控制器的输入端信号连接，所述下限PI控制器的输出端与微分控制器的输入端信号连接。

所述转速设定点计算器的输入值为高低怠速转速请求、外部设备的转速请求，转速设定点计算器的输出值为上限转速设定点、下限转速设定点。

所述PID控制参数计算器的输入值为上限转速设定点、下限转速设定点，PID控制参数计算器的输出值为上限PI参数组、下限PI参数组。

所述上限PI控制器的输入值为上限转速设定点、上限PI参数组，上限PI控制器的输出值为上限PI控制的值，所述下限PI控制器的输入值为下限转速设定点、下限PI参数组，下限PI控制器的输出值为下限PI控制的值。

所述微分控制器的输入值为上限PI控制的值、下限PI控制的值，微分控制器的输出值为PID控制的值，PID控制的值作为总的输出干涉发动机的需求扭矩。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、由于本实用新型一种基于并行双PID的发动机转速管理***中先通过转速设定点计算器对高低怠速转速请求、外部设备转速请求等请求源进行上下限转速设定以获取上下限转速设定点，再根据上下限转速设定点及发动机实际转速，通过PID控制参数计算器以获取上下限PI参数组，然后根据上下限转速设定点及上下限PI参数组进行上下限PID控制，获取总的输出干涉发动机的需求扭矩，以此需求扭矩控制发动机转速，这样的设计不仅操作简单，而且兼顾多种转速请求来源，把发动机转速限制在上下两个PID控制器的设定点之间，避免了高低怠速不同工况时目标转速及相应参数的频繁切换，且把多种转速请求统一到一个算法上来，兼顾了多种转速访问形式，能对发动机转速进行统一和有效地管理。因此，本实用新型不仅操作简单，而且能对发动机转速进行统一和有效地管理。

2、由于本实用新型一种基于并行双PID的发动机转速管理***中发动机转速管理***包括转速设定点计算器、PID控制参数计算器、双PID控制器，双PID控制器包括上限PI控制器、下限PI控制器、微分控制器，这样的设计不仅能对发动机转速进行统一和有效地管理，而且结构简单。因此，本实用新型不仅能对发动机转速进行统一和有效地管理，而且结构简单。

附图说明

图1是本实用新型中发动机转速管理***的结构示意图。

图2是本实用新型中高怠速设定点获取的流程示意图。

图3是本实用新型中低怠速设定点获取的流程示意图。

图4是本实用新型中外部转速控制请求（无扭矩控制）转速设定点上下限输出的流程示意图。

图5是本实用新型中外部转速控制请求（有扭矩限制）转速设定点上下限输出的流程示意图。

图6是本实用新型中外部转速限制请求转速设定点上下限输出的流程示意图。

图7是本实用新型中控制参数输入值窗口化处理的流程示意图。

图8是本实用新型中控制参数输入值修正的流程示意图。

图9是本实用新型中双PID控制器的结构示意图。

图10是本实用新型中一阶微分控制器的运行示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参见图1至图10，一种基于并行双PID的发动机转速管理***，所述发动机转速管理***包括转速设定点计算器、PID控制参数计算器、双PID控制器，双PID控制器包括PI控制器、微分控制器，所述PI控制器包括并行运算的上限PI控制器、下限PI控制器。

所述转速设定点计算器的输出端分别与PID控制参数计算器的输入端、上限PI控制器的输入端、下限PI控制器的输入端信号连接，所述PID控制参数计算器的输出端分别与上限PI控制器的输入端、下限PI控制器的输入端信号连接，所述上限PI控制器的输出端与微分控制器的输入端信号连接，所述下限PI控制器的输出端与微分控制器的输入端信号连接。

所述转速设定点计算器的输入值为高低怠速转速请求、外部设备的转速请求，转速设定点计算器的输出值为上限转速设定点、下限转速设定点。

所述PID控制参数计算器的输入值为上限转速设定点、下限转速设定点，PID控制参数计算器的输出值为上限PI参数组、下限PI参数组。

所述上限PI控制器的输入值为上限转速设定点、上限PI参数组，上限PI控制器的输出值为上限PI控制的值，所述下限PI控制器的输入值为下限转速设定点、下限PI参数组，下限PI控制器的输出值为下限PI控制的值。

所述微分控制器的输入值为上限PI控制的值、下限PI控制的值，微分控制器的输出值为PID控制的值，PID控制的值作为总的输出干涉发动机的需求扭矩。

本实用新型的原理说明如下：

1、参见图1至图10，一种基于并行双PID的发动机管理***的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

A、上下限转速设定点获取：

a、高怠速设定点获取：先将当前档位速比与速比判断阈值作为输入值，再将当前档位速比与速比判断阈值进行比较以判断档位处于高档区还是低档区，然后根据档位所处档位区来获取档位高怠速设定点，此时，档位高怠速设定点为高怠速设定点；当发动机起动时，取档位高怠速设定点与起动时高怠速设定点中最小值作为高怠速设定点；当抢档情况下，取档位高怠速设定点与抢档时高怠速设定点中最大值作为高怠速设定点；当多态开关处在不同状态时，取档位高怠速设定点与多态开关状态设定点中最小值作为高怠速设定点；

b、低怠速设定点获取：先分别获取电池电压需求的最低转速、油门部件需求的最低转速、空调部件需求的最低转速、当前档位需求的最低转速、暖机工况低怠速设定点、多端开关对应的怠速设定值，再将获取的电池电压需求的最低转速、油门部件需求的最低转速、空调部件需求的最低转速、当前档位需求的最低转速、暖机工况低怠速设定点、多端开关对应的怠速设定值进行比较，取以上各值中最大值作为低怠速设定点；

c、外部请求转速设定点上下限输出：外部设备请求转速控制并且没有扭矩控制访问时，外部的请求原始值作为外部请求转速设定点上下限输出；外部设备请求转速控制并且有扭矩控制访问时，外部的请求原始值作为外部请求转速设定点下限输出，高怠速设定点作为外部请求转速设定点上限输出；外部设备请求转速限制时，外部的请求原始值作为外部请求转速设定点上限输出，低怠速设定点作为外部请求转速设定点下限输出；

d、将步骤a中高怠速设定点与步骤c中外部请求转速设定点上限输出比较，选取最大值作为上限转速设定点，将步骤b中低怠速设定点与步骤c中外部请求转速设定点下限输出比较，选取最小值作为下限转速设定点；

B、上下限PI参数组获取：先将步骤A中获取的上限转速设定点与发动机实际转速值的差值、下限转速设定点与发动机实际转速值的差值分别作为控制参数输入值，再将所述控制参数输入值的变化范围分为小信号、大的正信号、大的负信号三段，三段范围分别有三种不同的参数对应，然后将所述控制参数输入值与正的窗口值、负的窗口值进行比较选择不同信号对应的参数，获取选择参数值，当所述控制参数输入值大于正的窗口值时，选择参数值为大的正信号对应参数；当所述控制参数输入值小于负的窗口值时，选择参数值为大的负信号对应参数；当所述控制参数输入值介于正的窗口值与负的窗口值之间时，选择参数值为小信号对应参数，再根据发动机转速及扭矩，使用查表的方式获取修正系数，修正系数乘以控制参数输入值，获取修正后的控制参数输入值，然后将修正后的控制参数输入值与所述选择参数值相乘，获取上下限PI参数组；

C、总的输出干涉发动机的需求扭矩获取：先将步骤A中获取的上限转速设定点与发动机平均转速的差值、下限转速设定点与发动机平均转速的差值分别作为上下限PID控制器的输入值，再通过步骤B中获取的上下限PI参数组对上下限PID控制器的输入值进行PI控制，输出上下限PI控制的值，再将上下限PI控制的值相加，然后将相加后的值进行微分控制，输出PID控制的值，输出PID控制的值作为总的输出干涉发动机的需求扭矩，需求扭矩对发动机转速进行控制。

2、上下限PI参数组：上下限PI参数组包括上下限P参数、上下限I参数，所述上下限P参数包括上限P参数、下限P参数，所述上下限I参数包括上限I参数、下限I参数。

3、参见图9，发动机转速设定点与发动机平均转速之间的差值，作为P控制和I控制的输入，不同于P控制，I控制是为了消除稳态误差而一直在累加的，因此对于I控制还要考虑到范围限制的问题，即累加到一定限值后必须被限制。除了I控制，PI控制的值（PI控制的值是指P控制的值与I控制的值相加得出的值）和PID控制的值，也需要进行上下限的限制。

所述上限I控制的值、上限PI控制的值均需要限制在上限扭矩最大限值与上限扭矩最小限值范围内，所述下限I控制的值、下限PI控制的值均需要限制在下限扭矩最大限值与下限扭矩最小限值范围内，所述PID控制的值需要限制在最终扭矩输出最大限值与最终扭矩输出最小限值范围内。

当发动机状态从起动至怠速过渡时，需要给I控制赋初值，该初值根据发动机当前水温及档位速比来确定。

4、参见图10，在发动机转速迅速下降进入怠速的过程中，为了避免转速下降过猛甚至熄火（比如在整车负荷突然增加的情况下），因此当发动机转速接近设定点时，需要加入一阶微分控制器（DT1）进行干预，一阶微分控制器的作用原理为在时域上考虑输入信号的变化率，即指发动机转速的变化率（下降或者上升），具体表现为：

***初始化后进入“不激活”状态，DT1不起作用。

当发动机转速大于低限设定点加上准备下降偏移阈值时，***进入“准备下降”状态，准备激活DT1环节；在“准备下降”状态，当发动机转速小于低限设定点加上下降激活偏移阈值时，***进入“下降激活”状态，DT1激活；当发动机转速小于等于低限设定点时，从该状态跳转到“不激活”状态，DT1环节不起作用。在“下降激活”状态下，当发动机转速大于低限设定点加上下降激活偏移阈值，***从“下降激活”状态跳转到“激活准备”状态；当发动机转速小于等于低限设定点时，从该状态跳转到“不激活”状态。

当发动机转速小于低限设定点加上准备上升偏移阈值时，***进入“准备上升”状态，准备激活DT1环节；在“准备上升”状态，当发动机转速大于低限设定点加上上升激活偏移阈值时，***进入“上升激活”状态，DT1激活；当发动机转速大于等于低限设定点时，从该状态跳转到“不激活”状态，DT1环节不起作用。在“上升激活“状态下，当发动机转速小低限设定点加上下降激活偏移阈值，***从“下降激活”状态跳转到“激活准备”状态；当发动机转速大于等于低限设定点时，从该状态跳转到“不激活”状态。

实施例：

参见图1至图10，一种基于并行双PID的发动机转速管理***，所述发动机转速管理***包括转速设定点计算器、PID控制参数计算器、双PID控制器，双PID控制器包括PI控制器、微分控制器，所述PI控制器包括并行运算的上限PI控制器、下限PI控制器；所述转速设定点计算器的输出端分别与PID控制参数计算器的输入端、上限PI控制器的输入端、下限PI控制器的输入端信号连接，所述PID控制参数计算器的输出端分别与上限PI控制器的输入端、下限PI控制器的输入端信号连接，所述上限PI控制器的输出端与微分控制器的输入端信号连接，所述下限PI控制器的输出端与微分控制器的输入端信号连接。

所述转速设定点计算器的输入值为高低怠速转速请求、外部设备的转速请求，转速设定点计算器的输出值为上限转速设定点、下限转速设定点；所述PID控制参数计算器的输入值为上限转速设定点、下限转速设定点，PID控制参数计算器的输出值为上限PI参数组、下限PI参数组；所述上限PI控制器的输入值为上限转速设定点、上限PI参数组，上限PI控制器的输出值为上限PI控制的值，所述下限PI控制器的输入值为下限转速设定点、下限PI参数组，下限PI控制器的输出值为下限PI控制的值；所述微分控制器的输入值为上限PI控制的值、下限PI控制的值，微分控制器的输出值为PID控制的值，PID控制的值作为总的输出干涉发动机的需求扭矩。

Claims (5)

1.一种基于并行双PID的发动机转速管理***，其特征在于：

所述发动机转速管理***包括转速设定点计算器、PID控制参数计算器、双PID控制器，双PID控制器包括PI控制器、微分控制器，所述PI控制器包括并行运算的上限PI控制器、下限PI控制器；

所述转速设定点计算器的输出端分别与PID控制参数计算器的输入端、上限PI控制器的输入端、下限PI控制器的输入端信号连接，所述PID控制参数计算器的输出端分别与上限PI控制器的输入端、下限PI控制器的输入端信号连接，所述上限PI控制器的输出端与微分控制器的输入端信号连接，所述下限PI控制器的输出端与微分控制器的输入端信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于并行双PID的发动机转速管理***，其特征在于：所述转速设定点计算器的输入值为高低怠速转速请求、外部设备的转速请求，转速设定点计算器的输出值为上限转速设定点、下限转速设定点。

3.根据权利要求2所述的一种基于并行双PID的发动机转速管理***，其特征在于：所述PID控制参数计算器的输入值为上限转速设定点、下限转速设定点，PID控制参数计算器的输出值为上限PI参数组、下限PI参数组。

4.根据权利要求3所述的一种基于并行双PID的发动机转速管理***，其特征在于：所述上限PI控制器的输入值为上限转速设定点、上限PI参数组，上限PI控制器的输出值为上限PI控制的值，所述下限PI控制器的输入值为下限转速设定点、下限PI参数组，下限PI控制器的输出值为下限PI控制的值。

5.根据权利要求4所述的一种基于并行双PID的发动机转速管理***，其特征在于：所述微分控制器的输入值为上限PI控制的值、下限PI控制的值，微分控制器的输出值为PID控制的值，PID控制的值作为总的输出干涉发动机的需求扭矩。