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柴油機空氣閉環(huán)控制系統(tǒng)的多變量控制器設(shè)計分析

由于對柴油機廢氣排出的要求日益嚴(yán)格，特別是對NOx和PM排放的要求越來越嚴(yán)格，因此使發(fā)動機增加了很多復(fù)雜零件（如多個傳感器），以更好地估計或模擬在任何給定的時間和操作條件下發(fā)動機的排放，以及增加多個制動器，實現(xiàn)對多個變量的控制。研究表明，增加氣缸內(nèi)的EGR量就能減少NOx的排放量，同時在氣缸中提供適當(dāng)多余的空氣以增加空氣/燃料比，使得燃料燃燒更充分，減少PM的排放。通常，通過EGR閥和可變截面渦輪增壓（VGT）控制柴油機氣體的流量以可達到所需的減排效果。

由于柴油機排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，因此通常使用的減排方法是通過主動控制引導(dǎo)空氣和廢氣再循環(huán)使用。常見的控制系統(tǒng)配置包括制動器如EGR閥和一個可變截面渦輪增壓（VGT），以便通過操縱氣流來控制柴油機所需的缸內(nèi)條件，使燃燒過程中盡可能地降低發(fā)動機的廢氣排放。采用VGT和EGR閥4種不同的控制器設(shè)計，以在系統(tǒng)性能和系統(tǒng)復(fù)雜性之間進行權(quán)衡。對柴油機進行氣路控制方法包括：3種從SISO傳遞函數(shù)出發(fā)；1種是建立完全多變量設(shè)計。對各項性能指標(biāo)進行了分析，以了解其能力的差別，同時試圖保持簡單的控制器架構(gòu)。作為分析的一部分，對控制器的設(shè)計進行了模擬，對標(biāo)準(zhǔn)化的認(rèn)證測試周期進行控制，同時給出了非線性發(fā)動機模型，以模擬在真實世界中控制器應(yīng)用程序的執(zhí)行情況。

Daniel Humke et al. SAE 2013-01-0327.

編譯：李雪