Синтез адаптивных и обучающихся систем управления инжекторными двигателями внутреннего сгорания

• Автор: Герасимов, Дмитрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 196 с. : ил.

Введение
1 Инжекторный ДВС как объект управления. Постановка задачи. Краткий исторический обзор методов управления ДВС

1.1 Принцип работы ДВС. Двигатель как объект управления

1.2 Постановка задачи управления двигателем

1.3 Краткий исторический обзор методов управления ДВС

2 Математические модели инжекторного двигателя внутреннего сгорания

2.1 Аналитическая модель ДВС

2.1.1 Математическое описание подсистем модели

2.1.2 Математическая модель ДВС в уравнениях пространства состояний

2.1.3 Моделирование

2.1.4 Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными

2.1.5 Выводы
2.2 Эмпирические модели ДВС
2.2.1 Идентификация параметров моделей
2.2.2 Математические модели соотношения воздух топливо
2.2.3 Математические модели крутящего момента
2.2.4 Моделирование и сравнение результатов с экспериментальными данными
2.2.5 Заключение
3 Синтез адаптивных и обучающихся систем управления соотношением воздух топливо и крутящим моментом. Теоретические исследования
3.1 Принцип обратной динамики в синтезе системы управления ДВС
3.2 Аналитический синтез адаптивного управления соотношением воздух топливо
3.2.1 Адаптивное управление точное измерение регулируемой переменной
3.2.1.1 Постановка задачи
3.2.1.2 Параметризация объекта управления
3.2.1.3 Синтез управления
3.2.1.4 Алгоритмы адаптации
3.2.1.5 Анализ полученных результатов
3.2.2 Адаптивное управление измерение регулируемой переменной с помощью динамического сенсора
3.2.2.1 Постановка задачи
3.2.2.2 Синтез управления
3.2.2.3 Наблюдатели входных сигналов
3.2.2.4 Выводы
3.2.3 Адаптивное управление измерение регулируемой переменной с запаздыванием
3.2.3.1 Постановка задачи
3.2.3.2 Синтез управления
3.2.3.3 Параметризация объекта управления
3.2.3.4 Идентификатор параметров
3.2.3.5 Предиктор
3.3 Аналитический синтез адаптивного управления крутящим моментом
3.3.1 Постановка задачи
3.3.2 Синтез управления
3.3.3 Идентификатор параметров
3.4 Синтез обучающихся систем управления ДВС
3.4.1 Постановка задачи
3.4.2 Синтез управления
3.4.2.1 Определение структуры регулятора
3.4.2.2 Синтез прямых связей
3.4.2.3 Синтез обратных связей
3.4.2.4 Алгоритм синтеза замкнутой системы управления с обучением
3.5 Заключение 9 4 Синтез адаптивных и обучающихся систем управления соотношением воздух 0 топливо и крутящим моментом. Практические результаты
4.1 Адаптивное управление соотношением воздух топливо
4.1.1 Адаптивное управление точное измерение регулируемой переменной
4.1.1.1 Постановка задачи
4.1.1.2 Параметризация объекта управления. Синтез управления
4Л. 1.3 Алгоритмы адаптации
4.1.1.4 Моделирование
4.1.1.5 Выводы
4.1.2 Адаптивное управление измерение регулируемой переменной с 5 помощью динамического сенсора
4.1.2.1 Постановка задачи
4.1.2.2 Наблюдатель входного сигнала
4.1.2.3 Синтез управления
4.1.2.4 Моделирование
4.1.2.5 Выводы
4.1.3 Адаптивное управление измерение регулируемой переменной с 2 запаздыванием
4.1.3.1 Постановка задачи
4.1.3.2 Идентификатор параметров
4.1.3.3 Предиктор
4.1.3.4 Настраиваемый регулятор
4.1.3.5 Моделирование
4.1.3.6 Выводы
4.2 Адаптивное управление крутящим моментом
4.2.1 Постановка задачи
4.2.2 Синтез управления
4.2.3 Алгоритмы адаптации
4.2.4 Моделирование
4.3 Моделирование многоканальной системы управления соотношением 6 воздух топливо и крутящим моментом
5 Синтез обучающейся системы управления соотношением воздух топливо и
крутящим моментом. Практический результат
5.1 Управление соотношением ВАГ
5.1.1 Постановка задачи
5.1.2 Синтез управления
5.1.2.1 Инициализация алгоритма обучения
5.1.2.2 Методы итеративного обучения. Моделирование
5.1.2.3 Синтез комбинированного управления. Моделирование
5.1.3 Экспериментальные результаты итеративного обучения системы
управления соотношением ВТ
5.2 Управление крутящим моментом
5.2.1 Постановка задачи
5.2.2 Синтез управления
5.2.2.1 Инициализация алгоритма обучения
5.2.2.2 Метод итеративного обучения и синтез комбинированного 0 регулятора. Результаты тестирования
5.3 Результаты тестирования двухканальной системы управления 5 соотношением ВТ и крутящего момента
6. Заключение
7. Приложение А
8. Список литературы
ВВЕДЕНИЕ


В ряде случаев используются алгоритмические методы оценки величины М. Однако, в настоящее время на зарубежном автомобильном рынке появляются серийно выпускаемые машины с относительно дешевыми датчиками вращающего момента, что способствует разработке и внедрению замкнутых алгоритмов управления крутящим моментом. Внутренний подчиненный контур управления контур управления соотношением воздух топливо. Целью управления является стабилизация величины соотношения масс воздуха и топлива в цилиндрах на уровне стехиометрического. Контур управления соотношением воздух топливо принято называть подчиненным, так как он призван компенсировать изменения массы поступающего в цилиндры воздуха, которое в свою очередь зависит от сигнала управления внешнего контура угла поворота дроссельной заслонки. В этом смысле контур управления соотношением воздух топливо является подчиненным внешнему контуру управления моментом и скоростью. Качество работы контура управления соотношением воздух топливо во многом определяет качество работы двигателя его экономичность, приемистость, его влияние на окружающую среду. Оптимизирующий контур управления контур управления по углу опережения зажигания. Известно, что при малых углах опережения зажигания происходит неизбежная потеря мощности двигателя, что связано с поздним воспламенением смеси и соответственно поздним преобразованием тепловой энергии в механическую только в середине или в конце такта рабочего хода. При больших углах опережения зажигания механические потери обусловлены ранним сгоранием смеси в начале такта сжатия, кроме того, возможно появление нежелательных детонаций. Таким образом, важно поддерживать оптимальный угол опережения зажигания, который соответствует максимальному вращающему моменту двигателя. Итак, целыо оптимизирующего контура является оптимизация таких характеристик работы двигателя как мощность, расход топлива, количество выбросов вредных веществ. Сигналом управления контура является угол опережения зажигания н3 . Задачи управления ДВС можно разделить на два класса. Первый и важнейший класс задач управления ДВС заключается в обеспечении мощности двигателя, необходимой для движения автомобиля с желаемой в данный момент скоростью и ускорением. Мощность двигателя определяется скоростью вращения и крутящим моментом коленчатого вала, поэтому здесь можно говорить об управлении нагрузочноскоростным режимом работы двигателя. Такое управление подразумевает поддержание крутящего момента на заданном уровне при определенной скорости вращения и различных моментах нагрузок, характеризуемых массой автомобиля, качеством дорожного покрытия, характеристиками трансмиссии и т. Однако, одному и тому же значению мощности соответствуют разные значения крутящего момента и скорости, которые в свою очередь соответствуют различным тяговодинамическим, топливоэкономическим и экологическим показателям. Оптимизация этих показателен осложняется многорежимностью работы двигателя. Дело п том, что требования, предъявляемые к работе ДВС, меняются в зависимости от режима работы. Например, при полном открытии заслонки необходимо поддержать момент на определенном уровне и избежать детонации, либо в режиме холодного пуска снизить расход топлива и минимизировать количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу. Особое внимание уделяется оптимизации характеристик в режимах резкого изменения параметров скорости, угла наклона дроссельной заслонки и т. Поэтому существует второй класс задач управления ДВС, который заключается в том, чтобы за счет воздействия на рабочие процессы, в каждом режиме работы максимальным образом удовлетворить всем предъявляемым требованиям. Рассмотрим основные задачи управления ДВС, относящиеся к этим двум классам, которые в свою очередь можно разделить на технологические и потребительские задачи. Технологические задачи определяются функциональным назначением двигателя и направлены на оптимизацию характеристик и безотказность работы устройства. Тогда как потребительские задачи определяются текущими требованиями водителя автомобиля.