【摘 要】
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实现对高压共轨柴油机共轨压力的精准、稳定控制,是喷油量精确控制、进而快速稳定控制发动机的转速和扭矩输出的前提。而在船用高速柴油机中,由于缸数多、共轨系统结构复杂,导致在实际运行中共轨压力易发生大幅度波动。传统的单纯反馈的轨压控制方法,其控制器面临标定工作量大、单一参数无法满足各工况控制需求、对部件老化后适应性差等问题。为解决以上问题,改善高速多缸船用柴油机的共轨压力控制效果,本文设计了一种基于模型
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实现对高压共轨柴油机共轨压力的精准、稳定控制,是喷油量精确控制、进而快速稳定控制发动机的转速和扭矩输出的前提。而在船用高速柴油机中,由于缸数多、共轨系统结构复杂,导致在实际运行中共轨压力易发生大幅度波动。传统的单纯反馈的轨压控制方法,其控制器面临标定工作量大、单一参数无法满足各工况控制需求、对部件老化后适应性差等问题。为解决以上问题,改善高速多缸船用柴油机的共轨压力控制效果,本文设计了一种基于模型的双泵协同轨压控制方法。首先,建立了船用柴油机高压共轨系统仿真平台。按照设计参数,在GTSUITE中建立了船用柴油机共轨系统的进油比例控制阀、高压油泵、喷油器和共轨管道的仿真对象,该仿真平台提供控制算法的仿真、测试和验证的环境。其次,设计了基于模型的船用柴油机共轨压力控制方法。建立了面向前馈控制的供油量、喷油量和共轨压力模型,用于提高轨压控制的快速响应能力,并降低反馈控制的负担;设计了基于主动抗扰控制思想的船用柴油机轨压控制算法,将模型前馈控制与主动抗扰控制相结合,降低了控制参数的标定工作量,同时提升了控制算法的稳定性和抗干扰性能;针对船用柴油机具备双高压油泵的特点,提升抑制轨压波动潜力,设计了以最小压力偏差为目标的双泵协同策略,该策略通过比较控制模型计算满足喷油量需求和轨压调节需求的最低供油量,来动态协调供油泵的数量;最后,针对喷油器喷孔阻塞和老化问题,设计了基于递推最小二乘算法的喷油量模型参数自学习方案,增强控制器的适应性。最后,在船用共轨系统仿真环境对控制算法进行验证,并使用时间乘以误差绝对值积分指标（ITAE）量化控制效果。结果表明,基于最小压力偏差的双泵协同策略,既利用了双泵供油量大的优势,又抑制了供油量大时压力波动幅值,整体控制效果可改善33.7%以上;与传统基于反馈的控制方法对比,其稳态控制效果可改善66.1%以上,且有效降低了阶跃超调量;在进行转速突变和喷油量突变的扰动测试时,该方法较传统方法的控制效果可改善81.0%以上,抗扰性能提升明显;针对喷油器阻塞现象,设计了仿真案例进行验证,结果表明,加入参数自学习后,控制效果较未加入自学习时可改善29.97%;将轨压控制算法部署在自主设计的船用ECU中,程序运行时间约9.2-9.6微秒,满足嵌入式下快速计算的需求。
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