基于动态矩阵预测的怠速控制系统仿真设计及其遗传算法优化

论文摘要

近年来,我国的汽车行业蓬勃发展,全国汽车保有量迅速增加,同时也带来了许多问题。汽车排放已成为最重要的环境污染源之一。随着中国市场与国际市场的日益融合,我们将执行越来越严格的排放法规,这给国内汽车行业的研究人员和生产企业提出了巨大的挑战。车辆在市内行驶过程中30%的时间处于怠速工况,而汽油机在怠速工况下稳定性变差,容易产生大量HC和CO,严重污染环境。如何保持怠速工况下发动机转速稳定性成为汽油机研究的重点和难点。本文在深入分析国内外研究现状的基础上,选择将动态矩阵预测控制(DMC)技术用于汽油机的怠速控制,具有较强鲁棒性,对模型精度要求低等优点。仿真结果表明,本文设计的DMC怠速控制系统有较好的稳定性和较强的鲁棒性,预测控制在汽车发动机怠速系统上有良好的发展前景。此外,本文还应用遗传算法对所设计的DMC控制器参数进行了优化仿真,提高了参数整定效率。仿真结果表明,利用遗传算法进行参数优化后的DMC怠速控制系统控制效果良好,遗传算法和DMC怠速控制器的结合合理、有效。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1. 绪论
• 1.1. 汽油机怠速控制系统的研究意义
• 1.1.1. 排放法规的要求
• 1.1.2. 汽油机怠速控制技术的研究
• 1.2. 开发汽油机怠速预测控制系统的可行性
• 1.3. 国内外发动机电控技术及怠速研究现状
• 1.4. 本论文的主要研究内容
• 2. 怠速控制理论研究现状及策略分析
• 2.1. 怠速控制的理论研究和策略分析
• 2.1.1. 怠速控制及其控制任务
• 2.1.2. 汽油机怠速电控系统
• 2.1.3. 怠速工况的识别
• 2.1.4. 怠速不稳定的原因
• 2.2. 预测控制理论
• 2.2.1. 预测控制理论的源起和发展
• 2.2.2. 预测控制的特点
• 2.3. 动态矩阵预测控制
• 2.3.1. 建立预测模型并计算预测输出值
• 2.3.2. 控制时域与优化时域
• 2.3.3. 动态矩阵、误差权矩阵和控制权矩阵
• 2.3.4. 求取最优控制
• 2.3.5. 反馈校正
• 2.3.6. 移位
• 2.4. 遗传算法
• 2.4.1. 遗传算法的优点
• 2.4.2. 遗传算法运行过程
• 3. 发动机建模
• 3.1. 进气歧管空气流量子模型
• 3.2. 燃油子模型
• 3.3. 发动机扭矩子模型
• 3.4. 完整的发动机模型
• 4. DMC怠速控制模型设计及仿真
• 4.1. DMC控制模型设计
• 4.2. 参数整定规律及初选
• 4.2.1. 阶跃响应动态系数α的测定
• 4.2.2. 采样周期T与模型长度N
• 4.2.3. 预测参数P、Q、M、R、h的整定规律
• 4.2.4. P、M、Q、R、h参数初选
• 4.3. DMC控制性能讨论
• 4.3.1. 与PID控制器的性能比较
• 4.3.2. 模型失配时的鲁棒性比较
• 5. DMC的遗传算法参数优化
• 5.1. 优化参数选择
• 5.2. 遗传优化算法
• 5.2.1. 参数初始化
• 5.2.2. 目标函数的求取
• 5.2.3. 进行遗传迭代计算
• 5.3. 仿真结果讨论及结论
• 5.3.1. 仿真结果讨论
• 5.3.2. 优化结论
• 6. 结论与展望
• 参考文献
• 致谢