CN1209889A - 用于调节一个调节现象,特别是一个内燃机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调节一个非线性的调节对象的方法,其中,调节对象(5)的一个状态参数被求得,并在应用调节方法和一个额定参数的情况下,一个调整值被求得。此外,借助调节对象(5)的一个状态参数,一个修正值从一条线性化特性曲线(4)中被读出,并乘以调整值,并且乘积作为新的额定值被输往调节对象(5)。线性化特性曲线(4)是如此选择的,即线性化特性曲线与调节对象(5)的非线性的调节特性相乘得出线性的调节特性。

Description

用于调节一个调节对象， 特别是一个内燃机的方法

本发明涉及一种权利要求1的前叙部分所述的、用于调节一个调节对象的方法。

专利申请EP0176323A2已公开了一种具有比例、积分和微分特性的、用以对柴油机喷油进行调节的PID调节方法。其中，该PID调节方法的工作原理与待调节的、非线性的发动机函数相适配。其后果是，PID调节方法只可用于PID调节方法为其设计的发动机函数。

发明的任务在于提供一种可简单地与不同的调节对象，特别是发动机函数相适配的调节方法。

解决以上任务的技术方案在于权利要求1的特征。发明的一个主要的优点在于，调节对象的状态参数被线性化，并且线性化了的状态参数在预先给定新的调节值时被考虑。

在从属权利要求中描述了发明的其它优选的实施形式和改进形式。

借助附图详细说明本发明；附图所示为：

图1调节方法的示意图，

图2线性化简图，

图3调节装置的一种特殊结构。

下面借助图1，以对内燃机的额定转速的调节为例说明本发明，而发明可用于调节一个调整对象的，特别是一个内燃机的任何函数。下面列出的、被应用的值是与时钟脉冲K相关的，这些值是按时钟脉冲K取样的。

在图1中，被一个特性曲线族预先给定的额定转速ns，在程序点1上被用于计算一个过渡函数，在计算过渡函数时，时钟脉冲K的延迟额定转速ns(k)被计算。随后，延迟额定转速ns(k)在程序点2上被用于计算调节方法。在应用针对气缸选择的转速ni(k)的情况下，从延迟的额定转速ns(k)中计算调整值ui(k)。调整值ui(k)在程序点3上与线性化系数ul(k)相乘，并据此计算在程序点5上被给定给调节对象的调整量us(k)。

在该实施例中，调整量表示喷入内燃机的燃油量。在所述的实施例中，内燃机的每个气缸的转速被测量，并且针对气缸选择的转速ni(k)作为调节对象的状态参数在程序点2上被用于计算调整值ui(k)。此外，针对气缸选择的转速ni(k)在程序点4上用于从一个被存储的表中选择一个线性化系数ul(k)，调整值ui(k)在程序点3上与该线性化系数相乘。

本发明的基本点在于，用于调节被调节对象5，特别是一台内燃机的方法，分成在程序点2上所确定的调节和在程序点4上所进行的线性化。据此，可能预先给定调节方法2，就好象被调节对象5具有线性的调节特性。调节对象5的非线性特性通过线性化4被考虑。据此，可使调节方法2用于不同的调节对象，其中，不同的调节对象5的不同的、非线性的特性通过不同的线性化4被考虑。因此，同一调节方法2可用于调节不同的调节对象5，但必须为每个调节对象5建立一个线性化4。通过线性化4，调节对象5的在调节方法2中被考虑的状态参数ni(k)表现出线性的调节特性。

图2示出了在转速n座标上方所列的一条线性化特性曲线A、一条随转速n变化的、表示差分效率(Δε∶Δn)的效率特性曲线B和一条表示调节对象5的线性调节特性的等效特性曲线c。从效率特性曲线B的变化中可看出，在图示的范围内，内燃机的差分效率ε随转速的增加而增加。以内燃机为例，效率指所用的能量(燃油)与所获得的能量(驱动能量)之比。

据此，表示调节对象5的内燃机在图示的转速范围内具有非线性的调节特性。为了把调节对象5的调节特性转换成线性的调节特性，须求出线性化特性曲线A，效率特性曲线B与该线性化特性曲线A相乘，并且作为结果得出线性的等效特性曲线C。

在应用线性化特性曲线A的情况下，等效特性曲线C表示调节对象5的调节特性。据此，为了调节2，调节对象5具有线性的调节特性。对于不同的、非线性的调节特性，求出相应不同的、把非线性调节特性转为线性的调节特性的线性化特性曲线A。通过实验求得线性化特性曲线A并存储在一个存储器中。

图3示出了调节方法2的一个优选的实施形式。调节方法2具有一个程序点21，在该程序点21上，从延迟的额定转速ns(k)中减去平均转速nMA(k)，并且作为结果，得出第一输入值eo(k)。在程序点22上，第一输入值eo(k)被纳于一比例的和积分的调节方法(PI调节器)调节之下，并且作为结果得出一个输出值uo(k)，在程序点23上，从输出值uo(k)中减去针对气缸选择的转速ni(k)，并得到一个第二输入值ei(k)。在程序点24上，第二输入值ei(k)被纳于一比例的和微分的调节方法(PD调节器)调节之下，并且作为结果，得出调整值ui(k)，随后，该调整值ui(k)如在图1所示的程序点3上被继续处理。针对气缸选择的转速ni(k)在程序点25上被均值滤波，并且作为输出值，得出平均转速nMA(k)。

下面借助图1至3详细说明发明的方法：根据内燃机5的不同的运行状态，从存储器中读出一个额定转速ns，并在程序点1上计算过渡函数：ns(k)=αns+(1-α)ns(k-1)

式中，α表示为譬如0.1秒的延迟时间，ns(k)表示时间点k时的、延迟的额定转速，ns(k-1)表示时间点k-1时的、延迟的额定转速。

过渡函数在由一个未调的范围向一个已调的范围转换时，或在由一个已调的范围向一个未调的范围转换时，可改善调节方法的瞬变特性。该过渡通过时间延迟和额定转速ns的大小的适应被实现。被显式示出的过渡函数具有一个第一阶的延迟元件，而其中，也可采用若干较高阶的延迟元件。

如图3所示，在程序点2上，从延迟的额定转速ns(k)和针对气缸选择的转速ni(k)计算调整值ui(k)。在图3中示出了调节方法2的各个方法步骤。在程序点21上，从延迟的额定转速ns(k)中减去平均转速nMA(k)，并得出第一输入值eo(k)。

在程序点25上，按以下公式从针对气缸选择的转速ni(k)中计算平均转速nMA(k)： $\mathrm{nMA}\left(k\right)=\frac{1}{Z}*\underset{j=0}{\overset{Z-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{ni}(k-j),$ 式中，Z表示扫描值的预先给定的数目，譬如6，经由该数目，针对气缸选择的转速ni被平均。

在程序点21上，减法通过以下公式进行：

eo(k)=ns(k)-nMA(k)。

在程序22上，第一输入值eo(k)被纳于比例的和积分的调节(PI调节器)之下，其中，通过以下公式计算第一输出值uo(k)： $\mathrm{uo}\left(k\right)=\mathrm{uo}(k-1)+\mathrm{KO}*\left[\mathrm{eo}\right(k)-(1-\frac{\mathrm{Ta}}{\mathrm{Tn}}\left)\mathrm{eo}\right(k-1\left)\right],$ 式中，KO表示放大系数，该放大系数为譬如0.9,Ta表示扫描时间，以该时间对针对气缸选择的转速ni(k)进行扫描，Tn表示调整稳定时间，该时间为譬如30毫秒。

在程序点23上，按以下公式从第一输出值uo(k)中减去针对气缸选择的转速ni(k)∶ei(k)=uo(k)-ni(k)。

据此得出的第二输入值ei(k)在程序点24上被纳入下列的、比例的和微分的调节方法之下： $\mathrm{ui}\left(k\right)=\mathrm{Ki}*\left[\mathrm{ei}\right(k)-\frac{\mathrm{Tv}}{\mathrm{Ta}}(\mathrm{ei}\left(k\right)-\mathrm{ei}(k-1)\left)\right],$ 式中，Ki表示第二放大系数，该放大数为譬如0.0025，Tv表示微分作用时间，该时间为譬如400毫秒，Ta表示扫描时间。据此算出的调整值ui(k)，随后在程序点3上按如下公式与线性化系数ul(k)相乘：us(k)=ui(k)^*ul(k)。

在程序点3上算出的调整量us(k)譬如以待喷入的燃油量的形式在程序点5上被馈给内燃机并且对针对气缸选择的转速ni(k)被测量。

在程序点4上，借助线性化特性曲线A，从针对气缸选择的转速ni(k)中求出一个线性化系数ul(k)。譬如，当针对气缸选择的转速ni(k)为600转/分时，读出一个图2所示的、其数值为8的线性化系数ul(k)，在程序点3上，调整值ui(k)与该线性化系数相乘并得出被输往调节对象5的调整量us(k)。以调整量us(k)来规定被输往内燃机的燃油量。

Claims (7)

1．用于调节一个调节对象(5)的方法，具有如下特征：

调节对象(5)的一个状态参数(ni(k))被求得，

-状态参数(ni(k))被与一个额定参数(ns(k))比较，并且一个调整值(ui(k))从差值中被求得(2)，

-借助状态参数(ni(k))，一个修正值(ul(k))被求得，

-用修正值(ul(k))估算调整值(ui(k))(3)，

-被估算的调整值(us(k))作为额定值被输往调节对象(5)，

-根据调节对象(5)的状态参数(ni(k))，修正值(ul(k))这样被选择，使以修正值(ul(k))对调整值(ui(k))的估算导致调节对象(5)的线性调节特性。

2．按照权利要求1所述的方法，其特征在于，调整值(ui(k))被乘以修正值(ul(k))。

3．按照权利要求1所述的方法，其特征在于，状态参数与额定参数的比较和调整值的求得包括如下方法步骤：

-从额定参数(ns(k))中减去状态参数(ni(k))并得出一个第一输入值(eo(k))，

-该第一输入值(eo(k))被纳入一个比例的和积分的调节方法(22)之下，并且一个输出值(uo(k))被求得，

-状态参数(ni(k))被从该输出值(uo(k))中减去(23)，并且得出一个第二输入值(ei(k))，该第二输入值被纳入一个比例的和微分的调节方法(24)之下，并据此计算出调整值(ui(k))。

4．按照权利要求3所述的方法，其特征在于，在状态参数(ni(k))从额定参数(ns(k))中被减去之前，状态参数(ni(k))在时间上被平均(25)。

5．按照权利要求1所述的方法，其特征在于，一个在时间上延迟的额定参数被用作额定参数。

6．按照权利要求3所述的方法，其特征在于，如下函数被用作比例的和积分的调节方法(22)： $\mathrm{uo}\left(k\right)=\mathrm{uo}(k-1)+\mathrm{KO}*\left[\mathrm{eo}\right(k)-(1-\frac{\mathrm{Ta}}{\mathrm{Tn}}\left)\mathrm{eo}\right(k-1\left)\right],$ 式中，KO表示一个放大系数，Ta表示扫描时间并且Tn表示调整稳定时间。

7．按照权利要求3所述的方法，其特征在于，如下函数被用作比例的和微分的调节方法(24)： $\mathrm{ui}\left(k\right)=\mathrm{Ki}*\left[\mathrm{ei}\right(k)-\frac{\mathrm{Tv}}{\mathrm{Ta}}(\mathrm{ei}\left(k\right)-\mathrm{ei}(k-1)\left)\right],$ 式中，Ki表示第二放大系数，Ta表示扫描时间，并且Tv表示微分作用时间。

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