基于转矩的汽油机控制算法研究

转矩管理系统采用转矩作为统一的标准接口，能在不同的模块之间便捷地进行信息交换，使用简单的标定过程，并可方便地进行模块化管理，因此受到了极为广泛的关注。本文以日本计测与自动控制协会(SICE)提出的2008年度基准问题为背景，在基于转矩的电控汽油机控制上，应用现代控制理论设计和分析方法，展开了系统性的研究。 本文首先在常规汽油机平均值模型的基础上发展出面向转矩生成的汽油机转矩模型，根据该模型分析了转矩生成的影响参数，对模型参数的辨识方法进行了深入的探讨。对转矩模型进行了适当简化，显著降低了参数标定量。基于转矩模型，分别提出了开环和闭环转矩估计方法，其中，闭环估计方法引入了在线转速反馈修正，对转矩模型精度要求不高，可使用简化的转矩模型。 考虑转矩反馈信号的不同获取方式，分别针对开环估计转矩反馈、闭环估计转矩反馈、传感器测量转矩反馈，设计了基于模型的闭环转矩控制策略。各种转矩反馈下的闭环控制策略均采用非线性模型前馈加PI反馈的结构。其中模型前馈提供了系统的稳态输入值，用于补偿系统的非线性部分，而剩余的线性偏差部分，则由PI反馈进行修正，无需进行局部建模和局部控制器设计，适用于所有的发动机工况范围。由于具备反馈，前馈模型可使用简化的转矩模型。 将基于转矩的控制思想应用于发动机转速(或车速)摔制。速度控制分为两个部分：转矩管理决策部分提供发动机的目标转矩；转矩控制部分实现目标转矩输出。将发动机目标转速(或车速)通过优化方法转化为发动机的目标转矩，结合闭环转矩控制策略，设计了基于转矩的最优发动机转速(或车速)控制器。和常规控制方法的对比结果表明，基于转矩的最优控制能够达到较好的效果。 以上提出的估计或摔制方法均进行了仿真或试验验证。本文的研究工作对从基于Map的转矩管理和控制过渡到基于模型的转矩管理和控制，具有十分重要的意义。