一種實(shí)現(xiàn)直流力矩電機(jī)egr位置閉環(huán)控制方法的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及電控柴油機(jī)直流力矩電機(jī)EGR系統(tǒng)位置閉環(huán)控制方法及裝置，特 別涉及一種實(shí)現(xiàn)直流力矩電機(jī)EGR位置閉環(huán)控制方法的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著政府法規(guī)的不斷升級(jí)，法規(guī)中要求的柴油機(jī)排放限值也在不斷降低。這使 得柴油機(jī)生產(chǎn)企業(yè)采用了很多新的排氣后處理技術(shù)以降低排放。EGR(廢氣再循環(huán)技術(shù)， ExhaustGasRecirculation)就是一種廣泛應(yīng)用的技術(shù)。該技術(shù)中，通過(guò)將一部分廢氣重 新引入燃燒室與新鮮空氣共同參與燃燒反應(yīng)，利用廢氣中含有的大量惰性氣體具有較高的 比熱容這一特性來(lái)降低排放污染物中NOx成分。由于NOx的生成條件是高溫富氧，而廢氣 的引入一方面使混合氣熱容量增大，造成相同量的混合氣升高同樣溫度所需熱量增多，從 而降低了最高燃燒溫度；另一方面，廢氣對(duì)新鮮空氣的稀釋也相應(yīng)降低了氧濃度，從而有效 地抑制了 NOx的生成。
[0003] 隨著發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放法規(guī)的不斷升級(jí)，尤其是ETC(EuropeanTransientCycle) 試驗(yàn)，要求在1800s內(nèi)每秒變換工況的瞬態(tài)排放試驗(yàn)程序，更是對(duì)采用EGR作為降NOx(氮 氧化合物）方案提出了較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求。傳統(tǒng)氣閥式EGR，由于響應(yīng)速度慢，滯回曲線 特性明顯已經(jīng)不能滿足要求。采用直流力矩電機(jī)的EGR，由于執(zhí)行速度較快，滯回曲線特性 小，具有很大優(yōu)勢(shì)。
[0004] 申請(qǐng)人目前采用的直流力矩電機(jī)EGR系統(tǒng)通過(guò)直流力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)角變化驅(qū)動(dòng)凸 輪板，凸輪板通過(guò)滾輪帶動(dòng)閥桿和閥門(mén)，通過(guò)改變閥門(mén)開(kāi)度來(lái)改變廢氣再循環(huán)流量。直流力 矩電機(jī)轉(zhuǎn)角偏離零位的方向決定閥門(mén)的行程方向。直流力矩電機(jī)轉(zhuǎn)角偏離零位的大小決定 閥門(mén)的移動(dòng)距離。由于采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)閥門(mén)的結(jié)構(gòu)形式，系統(tǒng)使用中積炭等導(dǎo)致的負(fù)載 變化和非線性擾動(dòng)直接作用在電機(jī)軸端，對(duì)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響更加強(qiáng)烈。根據(jù)應(yīng)用特 點(diǎn)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)必須解決系統(tǒng)穩(wěn)定性這個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，同時(shí)保證系統(tǒng)具有較高的動(dòng)態(tài) 響應(yīng)特性。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種實(shí)現(xiàn)直流 力矩電機(jī)EGR位置閉環(huán)控制方法的裝置。該裝置提出了一種精確數(shù)學(xué)模型和抗積分飽和變 結(jié)構(gòu)PID混合的控制算法，采用精確數(shù)學(xué)模型開(kāi)環(huán)計(jì)算下一工況驅(qū)動(dòng)需求，提高響應(yīng)速度； 采用抗積分飽和變結(jié)構(gòu)PID根據(jù)閉環(huán)反饋解決負(fù)載變化和非線性擾動(dòng)導(dǎo)致的差異，減小超 調(diào)量的同時(shí)，提高穩(wěn)態(tài)精度，降低標(biāo)定工作量。
[0006] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)是實(shí)現(xiàn)：
[0007] 實(shí)現(xiàn)直流力矩電機(jī)EGR位置閉環(huán)控制方法的裝置，包括：
[0008] -EGR閥，EGR閥中的直流力矩電機(jī)通過(guò)其轉(zhuǎn)角變化來(lái)驅(qū)動(dòng)凸輪板，凸輪板通過(guò)滾 輪帶動(dòng)閥桿和閥門(mén)，通過(guò)改變閥門(mén)開(kāi)度來(lái)改變廢氣再循環(huán)流量，所述EGR閥的反饋輸入端 接受來(lái)自一處理器輸出的EGR閥控制占空比信號(hào)；
[0009] -配置在發(fā)動(dòng)機(jī)中的環(huán)境溫度傳感器，所述環(huán)境溫度傳感器輸出所檢測(cè)的環(huán)境溫 度信號(hào)；
[0010] -電池電壓傳感器，所述電池電壓傳感器輸出所檢測(cè)的電池電壓信號(hào)；
[0011] 一配置在所述EGR閥上的EGR閥位置傳感器，所述EGR閥位置傳感器輸出所檢測(cè) 到的EGR閥實(shí)測(cè)開(kāi)度閥位置電壓信號(hào)；
[0012] 一處理器，所述處理器接收所述環(huán)境溫度傳感器、電池電壓傳感器、EGR閥位置傳 感器分別輸出的環(huán)境溫度信號(hào)、電池電壓信號(hào)、EGR閥實(shí)測(cè)開(kāi)度閥位置電壓信號(hào)并進(jìn)行處理 輸出EGR閥控制占空比信號(hào)至所述EGR閥的反饋輸入端對(duì)EGR閥中的直流力矩電機(jī)進(jìn)行控 制。
[0013] 在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述處理器包括一負(fù)載模型模塊、電機(jī)模型 模塊、抗積分飽和變結(jié)構(gòu)PID模塊和EGR閥位置監(jiān)控模塊，其中：
[0014] 所述負(fù)載模型模塊以所述環(huán)境溫度傳感器送出的環(huán)境溫度信號(hào)、EGR閥位置監(jiān)控 模塊送出的EGR閥位置信號(hào)為輸入信號(hào)，計(jì)算處理后輸出驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩信號(hào)至電機(jī)模型模塊；
[0015] 所述電機(jī)模型模塊以所述負(fù)載模型模塊送出的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩信號(hào)和EGR閥位置監(jiān)控 模塊送出的EGR閥位置信號(hào)為輸入信號(hào)，計(jì)算處理后輸出基本電樞電壓信號(hào)至EGR閥位置 監(jiān)控模塊；
[0016] 所述抗積分飽和變結(jié)構(gòu)PID模塊以所述環(huán)境溫度傳感器送出的環(huán)境溫度信號(hào)、 EGR閥位置監(jiān)控模塊送出的EGR閥位置信號(hào)、EGR閥目標(biāo)位置信號(hào)為輸入信號(hào)，計(jì)算處理后 輸出修正電樞電壓信號(hào)至所述EGR閥位置監(jiān)控模塊；
[0017] 所述EGR閥位置監(jiān)控模塊以所述電機(jī)模型模塊送出的基本電樞電壓信號(hào)、抗積分 飽和變結(jié)構(gòu)PID模塊送出的修正電樞電壓信號(hào)、電池電壓信號(hào)和EGR閥位置傳感器送出的 EGR閥實(shí)測(cè)開(kāi)度閥位置電壓信號(hào)為輸入信號(hào)，計(jì)算處理后輸出EGR閥位置輸出信號(hào)、EGR閥 控制占空比信號(hào)和EGR閥目標(biāo)位置信號(hào)。
[0018] 本實(shí)用新型由于采用以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、采用精確數(shù)學(xué)模型開(kāi)環(huán) 計(jì)算下一工況驅(qū)動(dòng)需求，提高響應(yīng)速度；2、采用抗積分飽和變結(jié)構(gòu)PID根據(jù)閉環(huán)反饋解決 負(fù)載變化和非線性擾動(dòng)導(dǎo)致的差異，減小超調(diào)量的同時(shí)，提高穩(wěn)態(tài)精度，降低標(biāo)定工作量， 提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2是抗積分飽和變結(jié)構(gòu)PID積分增益示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0021] 本實(shí)用新型基于如下原理：通過(guò)EGR閥中的直流力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)角變化驅(qū)動(dòng)凸輪 板，凸輪板通過(guò)滾輪帶動(dòng)閥桿和閥門(mén)，通過(guò)改變閥門(mén)開(kāi)度來(lái)改變廢氣再循環(huán)流量。直流力矩 電機(jī)轉(zhuǎn)角偏離零位的方向決定閥門(mén)的行程方向。直流力矩電機(jī)轉(zhuǎn)角偏離零位的大小決定閥 門(mén)的移動(dòng)距離。通過(guò)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程、電磁轉(zhuǎn)矩方程等精確數(shù)學(xué)模型開(kāi)環(huán)計(jì)算下一工況基本 驅(qū)動(dòng)需求；利用抗積分飽和變結(jié)構(gòu)PID計(jì)算修正驅(qū)動(dòng)需求。
[0022] 為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下 面結(jié)合具體圖示和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0023] 如圖1所示，本實(shí)用新型的直流力矩電機(jī)EGR系統(tǒng)位置閉環(huán)監(jiān)控裝置包括發(fā)動(dòng)機(jī) 100、執(zhí)行器140和處理器200 ;執(zhí)行器140為EGR閥；在發(fā)動(dòng)機(jī)100中配置有環(huán)境溫度傳感 器110和電池電壓傳感器130,在執(zhí)行器140中配置EGR閥位置傳感器120。
[0024] 處理器200中有負(fù)載模型模塊210、電機(jī)模型模塊220、抗積分飽和變結(jié)構(gòu)PID模 塊230和EGR閥位置監(jiān)控模塊240。
[0025] 負(fù)載模型模塊210的兩個(gè)輸入端分別與環(huán)境溫度傳感器110的輸出端和EGR閥位 置監(jiān)控模塊240中的EGR閥位置輸出信號(hào)的輸出端相連，接受環(huán)境溫度傳感器110送出的 環(huán)境溫度信號(hào)、EGR閥位置監(jiān)控模塊240送出的EGR閥位置輸出信號(hào)，負(fù)載模型模塊210的 輸出端輸出驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩信號(hào)。
[0026] 電機(jī)模型模塊220的兩個(gè)輸入端分別與負(fù)載模型模塊210的輸出端和EGR閥位置 監(jiān)控模塊240中的EGR閥位置輸出信號(hào)的輸出端相連，接受負(fù)載模型模塊210送出的驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)矩信號(hào)和EGR閥位置監(jiān)控模塊240送出的EGR閥位置輸出信號(hào)，電機(jī)模型模塊220的輸 出端輸出基本電樞電壓信號(hào)。
[0027] 抗積分飽和變結(jié)構(gòu)PID模塊230的三個(gè)輸入端分別與環(huán)境溫度傳感器110的輸出 端、EGR閥位置監(jiān)控模塊240中的EGR閥位置輸出信號(hào)的輸出端和EGR閥位置監(jiān)控模塊240 中的EGR閥目標(biāo)位置信號(hào)的輸出端相連，接受環(huán)境溫度傳感器110送出的環(huán)境溫度信號(hào)、 EGR閥位置監(jiān)控模塊240送出的EGR閥位置輸出信號(hào)和EGR閥目標(biāo)位置信號(hào)，抗積分飽和變 結(jié)構(gòu)PID模塊230的輸出端輸出修正電樞電壓。
[0028]EGR閥位置監(jiān)控模塊240的四個(gè)輸入端分別與電機(jī)模型模塊220的輸出端、抗積分 飽和變結(jié)構(gòu)PID模塊230的輸出端、EGR閥位置傳感器120的輸出端、電池電壓傳感器130 輸出端，接受電機(jī)模型模塊220送出的基本電樞電壓信號(hào)、抗積分飽和變結(jié)構(gòu)PID模塊230 送出的修正電樞電壓信號(hào)、電池電壓傳感器130送出的電池電壓信號(hào)、EGR閥位置傳感器 120送出的EGR閥位置輸入信號(hào)，EGR閥位置監(jiān)控模塊240的三個(gè)輸出端分別輸出EGR閥目 標(biāo)位置信號(hào)、EGR閥位置輸出信號(hào)和EGR閥控制占空比信號(hào)；
[0029]EGR閥的反饋輸入端與EGR閥位置監(jiān)控模塊240的輸出EGR閥控制占空比信號(hào)的 一個(gè)輸出端連接，接受EGR閥位置監(jiān)控模塊240輸出的EGR閥控制占空比信號(hào)。
[0030] 因此基于上述裝置的位置閉環(huán)監(jiān)控方法為：
[0031]負(fù)載模型模塊210用下式②推定驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩T，式②為系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程，J為電機(jī)折合 到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，一般取值為2N.mm/度/s2;0為直流力矩電機(jī)的電機(jī)軸的角位 移，依據(jù)EGR閥位置輸出信號(hào)來(lái)獲得；f為電機(jī)折合到電機(jī)軸上的粘性摩擦系數(shù)，為環(huán)境溫 度的函數(shù)，f=巾（T) ;Fi為作用在閥門(mén)上的排氣壓力，一般取值為30~50N;S為偏心軸的 偏距距，一般取值為4. 69mm;F2為閥桿滑動(dòng)摩擦力，一般取值為1. 5N;Tf為電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩， 一般取值為40N.mm;Tk為凸輪板扭簧轉(zhuǎn)矩。<