一种基于状态观测器的电控汽油机空然比控制策略研究

图１ 三元 催 化转 化 率与 的关 系
图 ２ 全维 状 态观 测 器
① 作者 简 介 ： 徐 勇跃 （ １ ９ ７ ２ ， ５ 一） ， 男， 安徽省合 肥市人 ， 现职称 ： 工程师 ， 学历 ： 大学本科 ， 研究方向： 摩托车发动机设计和检测 。
科技资 讯 ＳＣ Ｉ Ｅ ＮＣ Ｅ ＆ ＴＥ Ｃ Ｈ Ｎ ＯＬ ＯＧ Ｙ Ｉ ＮＦ Ｏ ＲＭＡＴＩ ＯＮ
比 的 主 要 因 素 ， 还 有 一 些 对 空 燃 比 有 很
其 中Ａ， Ｂ， Ｃ分 别为Ｉ ＂ １ ×ｎ， ｎ ｘ ｒ ， ｎ×ｍ维
常数 矩 阵 。 状 态ｘ 直接测量不 出， 输 入ｕ 和 输 观测 器 ， 是以ｕ ＋ ｉ ｙ 为输 入参 数 ， 且 其 输 出
态方程为 ： 大影响 但没有 引起应有重 视的原 因 ， 例 如 出 ｙ 是 可以直接测量 的。 在这里 ， 全 维 状 态
＝
６
（ Ａ — Ｇ Ｃ ） ￣ ＋ Ｂ ｕ ＋ Ｇ ｙ ， 殳 （ ｏ ） ＝ 殳 。 （ ５ ）
定义 ＝ ｘ 一 为 实 际状 态和 估 计 状态 间
ｔ
的状 态误 差 矢 量 ， 那 么 由（ ２ ） 式和（ ５ ） 式 可 导 出 状 态 误 差 矢 量 所 应 满 足 的 动 态 方 程
喷油量 。
＇
（ ３ ）
的 一 个ｎ 阶线性定常系统。 对 上述 系统 设 计 的 全 维 状 态 观 测 器（ 图２ ） 如下 ： 根据 已 ０
知 的 Ａ， Ｂ， Ｃ三 个 系数 矩 阵 ， 依 照 原 系 统 的
４ ３ ２ １
种 有 效 的 控 制 方 法 使 其 达 到 如 此 高 的 控
（ ２ ４ ）
式 一 定可 做 到 成 立 。
ｘ ＾ ｏ
，
ｍ 为 进 入 气 缸 的 总 空 气 量 ， ｍ。 为 稳 （ ７ ） 例， 态进入 气缸 的空 气量 ； ｍ 为 空 气 修 正 量 （ 本 文设 为常量） ； （ Ａ／ Ｆ） ｓ 为 理 论 空燃 比 ；
动 力 与 电 气工 程
一
Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ ＆Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ 的 电控 汽 油机 空 然 比 控制策略研 究①
徐 勇 跃 （ 浙 江金 浪动 力有限 公司 浙江 台州 ３ １ ８ ０ ５ ８ ）
摘 要： 为 了有效地减 少汽 油发动机 的尾 气排 放 ， 提 高其 动力性和经济 性， 本 文提 出了一种基 于模 型的空然比控 制方法——基 于状 态观测 器的空然比控 制， 谊方法 能够对进入 气缸的空 气量 ， 沉积在进 气管壁上的 油膜 质量以及 气缸 内的空然比的状 态进行 观测 ， 并使 它们的测量 值 与命 令 值实 时跟踪 ， 更加 有效地 对 空然比进 行控 制 。 关键 词 ： 空燃 比 状态观测器 模型 控制 中 图分 类 号 ： Ｕ４ ６ ４ ． １ ７ ４ 文献标识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ６ ７ ２ －３ ７ ９ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ （ ｃ ） 一０ １ ２ ９ —０ ２ 汽 油 发 动 机 的 空 然 比对 三 元 催 化 转 换 器 的 转 换 效 率 起 着 决 定性 的 影 响…。 如图１ 理 想值 １ 附近时， ＣＯ、 ＮＯｘ 、 ＨＣ 排 放 物的 转 换效率 才能达到９ Ｏ ％左右 ， 所 以 必 须 采 用
发动机进气脉动 ， 时 间 延迟 等 ， 对此 本 文 提
＝
Ａ 殳 ＋ Ｂ ｕ ＋ Ｇ （ ｙ — ｃ 鑫 ） ， 殳 （ ０ ） ＝ 殳 。 （ ４ ）
其中修 正 项Ｇ（ ｙ —Ｃ ） 起到 了 反馈 作 用 。
８
进一 步 考 虑 ｙ ＝Ｃ ｘ， 带入 （ ４ ） 式 中可 得 ：
１ ２ ９
ＳＣｌ ＥＮＣＥ ＆ ＴＥ ＣＨ ＮＯＬ０ＧＹ Ｉ ＮＦＯＲＭＡＴＩ ＯＮ
动 力 与 电 气工 程
为 进 入 气 缸 的 蒸 发 油 膜 油 量 占 油 膜 的 比 ｍｎ （ ｋ ） １ ／ ｆ 【 ｍ （ ｋ ） ／ （ Ａ／ Ｆ ） Ｓ － ｆ ｍ 。 （ ｋ ） 】
为 ： ・
８ ２
０
＝
０ ．８
１． ０
１ ．２
＾
１ ． ４
１ ． ６
（ Ａ — Ｇ ｃ ） ， （ ０ ） ＝ 。 ｘ Ｏ － 氪 （ ６ ）
这说 明 ， 原 始 误 差 。 不管 为 多 少 ， 只 要 矩 阵 特征 值 （ Ａ －ＧＣ ） 均具 有 负 实 部 ， 下 列 公
２ ０ 世ｅ ＿ Ｅ ８ ｏ 年 代以 来 ， 很 多的 研 究 表 明燃
蚤＝ Ａ ｘ ＋ Ｂ ｕ ｘ （ Ｏ ） ＝ ｘ ｔ ≥０
ｙ ＝Ｃ ｘ
油 在 进 气 道 中 的湿 壁 现 象 和 进 气 管 充 气 现
象 是 造 成 内燃 机 瞬 态 空 燃 比 偏 离 化 学 计 量
１ 全维 状态观测器理 论【 ６ 】
考虑Ｉ ３ ． 阶线 性 定 常 系 统
制精度 。
柚 如ｕ Ｉ Ｉ Ｈ ｏ 盔 结构形式复制 出一 个 新 系统 ， 将 原 系统 输 的差 值 作 为 修 正 变 量 ， （ １ ） 出Ｙ与新 系 统 输 出
（ ２ ） 并 将 其 修 正 变 量 通 过矩 阵Ｇ反 馈 到 新 系统 中积 分 器的 输 入 端 口 ， 组 成一 个 闭环 系 统 。 由 图２ 可 知 所 构 全 维 状 态 观 测 器 的 动
一
出 了以 附 在 管 壁 上 的 油 膜 质 量 ， 混 合 气 浓 度， 延时 一 拍 的 混 合 气 浓 度 ， 空 气 修正 量 为
ｔ ） 满足如下关系式 ：
ｌ ｈ ｎ ｘ ｏ ， ＝
¨
更 好 地 控 制 所示 ， 直 观 的 表 现 出 当过 量 空 气 系 数 在 状 态 量 设 计一 个 状 态 观 测 器 ，