基于MAP自学习和扰动补偿的扭矩控制系统及其方法技术方案

本公开提供了一种基于MAP自学习和扰动补偿的发动机台架扭矩控制系统及其方法，主要包括MAP前馈控制单元、MAP自学习控制单元、ADRC反馈控制单元，MAP前馈控制单元由目标扭矩和目标转速产生油门开度前馈控制量，ADRC反馈控制单元基于采集发动机实际扭矩和目标油门开度，实现系统扰动补偿，并产生油门开度反馈控制量。MAP自学习控制单元通过采集目标油门开度、实际扭矩和实际转速，选择满足一定条件的输入‑输出数据对，用于MAP节点学习，以实现对前馈MAP修正和更新。本公开优点为有效解决了目前发动机‑测功机台架系统在瞬态测试循环下，存在的扭矩跟踪超调、滞后以及PID控制参数调节费时等问题，提高了发动机扭矩的自适应性，同时改善了瞬态跟踪性能。

【技术实现步骤摘要】
基于MAP自学习和扰动补偿的扭矩控制系统及其方法
本公开涉及发动机扭矩控制领域，尤其涉及一种基于MAP自学习和扰动补偿的扭矩控制系统及其方法。
技术介绍
发动机-测功机组成的台架系统可用于测试发动机的动力性、经济性和排放性能，是发动机研发阶段非常重要的实验设备。在最常用的发动机控制扭矩、测功机控制转速模式中，测功机用于模拟发动机的负载，通过调节加载力矩使发动机转速快速稳定在目标转速值；发动机通过控制油门踏板实现输出扭矩跟随目标扭矩值，构成一个双输入双输出的耦合系统。日益严格的排放法规及ETC、WHTC、RDE等瞬态循环测试的提出，给瞬态循环下发动机扭矩和测功机转速的控制算法设计提出了更高的要求。目前发动机-测功机台架系统中，发动机扭矩控制存在如下两个主要问题：1)瞬态循环下，发动机的扭矩跟踪效果不理想，存在超调和滞后。2)更换发动机参数或配置后，重新调节PID控制参数时间较长，算法自适应能力较差。为了改善瞬态控制效果，保证算法在被测发动机型号、配置或参数更换修改后，能快速控制好新的发动机进行实验，减少PID参数调节的时间，目前技术人员在控制算法的自学习能力与自适应能力的改进上还有更多的研发空间。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种发动机台架扭矩控制系统及其方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种基于MAP自学习和扰动补偿的扭矩控制系统及其方法，用于对由发动机和测功机构成的台架系统进行扭矩控制，其中台架系统中发动机与测功机通过连接轴连接，并通过连接轴上设置的传感器输出实际扭矩和实际转速至扭矩控制系统中，台架系统中还包括：台架控制上位机，其发送目标扭矩和目标转速至扭矩控制系统中；所述扭矩控制系统包括：MAP前馈控制单元，其包括MAP前馈控制模块；MAP前馈控制模块接收来自台架控制上位机发送的目标扭矩和目标转速，根据接收的目标扭矩和目标转速得到油门开度前馈控制量，作为目标油门开度输入至发动机控制器；ADRC反馈控制单元，其分别接收来自台架控制上位机发送的目标扭矩、扭矩传感器输出的实际扭矩和目标油门开度，基于发动机实际扭矩和目标扭矩的偏差，通过总扰动进行实时观测和补偿，得到油门开度反馈控制量，对油门开度前馈控制量进行补偿；以及MAP自学习控制单元，根据跟踪控制效果提取出若干组输入-输出数据对，基于若干组输入-输出数据对，采用最小二乘的方法对MAP节点的值进行学习拟合，再对该MAP进行求逆和修正运算，输出至MAP前馈控制单元；MAP自学习控制单元采集目标油门开度、实际扭矩和实际转速，根据控制效果选择数据对并将其输出至MAP前馈控制模块，以对MAP前馈控制单元进行修正和更新。在本公开的一些实施例中，其中ADRC反馈控制单元包括：扩张状态观测器模块，其采集实际扭矩和目标油门开度，对发动机总扰动进行估计，输出扰动估计值，对油门开度前馈控制量进行补偿；以及扩张状态观测器模块还对发动机扭矩扰动进行估计，输出扭矩估计值。在本公开的一些实施例中，其中ADRC反馈控制单元还包括：P反馈控制器模块，其采集目标扭矩和扭矩估计值，输出P反馈控制器模块的油门开度反馈控制量，所述扩张状态观测器模块输出的扰动估计值对P反馈控制器模块的油门开度反馈控制量补偿后，输出油门开度反馈控制量，所述油门开度反馈控制量与油门开度前馈控制量求和后，输出更新后的目标油门开度。在本公开的一些实施例中，其中MAP自学习控制单元包括：累积观测器模块；采集输入的目标油门开度数据、输出的实际扭矩数据和输出的实际转速的数据进行比对，根据跟踪控制效果提取出若干组输入-输出数据对，输入-输出数据对，以由扭矩、转速和油门开度构成的三维坐标的形式存储；MAP自学习模块；调取累积观测器模块提取出的若干组输入-输出数据对，通过最小二乘法计算输出对应的MAP节点，再对MAP进行求逆运算，输出至MAP前馈控制单元，对油门开度前馈控制量进行修正和更新。根据本公开的另一个方面，还提供了一种基于MAP自学习和扰动补偿的扭矩控制方法，其包括：步骤A：利用MAP前馈控制单元获取油门开度的前馈控制分量；根据台架控制上位机输出的目标扭矩和目标转速，查询前馈控制MAP表，得到油门开度的前馈控制分量，作为目标油门开度输入至发动机控制器，发动机输出实际扭矩和实际转速；步骤B：利用ADRC反馈控制单元，接收步骤A中输出的目标油门开度和实际扭矩，采用主动抗扰控制ADRC方法计算得到油门开度反馈控制量，结合油门开度前馈控制量，对步骤A输出的目标油门开度数据进行更新，进而发动机输出更新后的实际扭矩和实际转速；步骤C：利用MAP自学习控制单元对MAP前馈控制单元进行修正和更新。在本公开的一些实施例中，步骤A还包括：子步骤A1：生成前馈控制MAP；子步骤A2：根据台架控制上位机输出的目标扭矩和目标转速，通过在MAP前馈控制模块中，查询前馈控制MAP表，得到油门开度的前馈控制分量，作为初始目标油门开度输入至发动机控制器，发动机输出实际扭矩和实际转速。在本公开的一些实施例中，步骤A1还包括：子分步骤A1a：根据发动机的最大扭矩、最大转速等参数，产生合适的MAP节点；子分步骤A1b：输入发动机的外特性曲线；子分步骤A1c：计算其他节气门开度下，发动机扭矩随转速的变化曲线；子分步骤A1d：将上述扭矩曲线由节气门度映射到油门开度；子分步骤A1e：基于获得的各个油门开度下的扭矩曲线，生成基础前馈控制MAP。在本公开的一些实施例中，步骤B还包括：子步骤B1：基于从台架控制上位机读取的目标扭矩和目标转速，采用双线性插值的方式，从MAP前馈控制模块中计算得到油门开度前馈控制量uff；子步骤B2：加上P反馈控制模块产生的油门开度反馈控制量；子步骤B3：在P反馈控制模块的油门开度反馈控制量的基础上减去扰动估计值，得到油门开度反馈控制量；子步骤B4：将油门开度前馈控制量和油门开度反馈控制量相加后，作用于发动机，并实时采集发动机的扭矩转速值。在本公开的一些实施例中，子步骤C包括：子步骤C1：采集步骤B输出的实际扭矩、实际转速和目标油门开度；子步骤C2：将子步骤C1采集的实际扭矩与目标扭矩行对比，根据跟踪控制效果，取出若干输入-输出数据对；子步骤C3：以由转速、扭矩和油门开度构成的三维坐标的形式进行存储；子步骤C4：调取子步骤C2提取出的若干组输入-输出数据对，通过最小二乘法计算输出对应的MAP节点，再对MAP进行求逆运算，输出至MAP前馈控制单元，对油门开度前馈控制量进行修正和更新。在本公开的一些实施例中，子步骤C4包括：子分步骤C4a：采集步骤B输出的实际扭矩、实际转速和目标油门开度；子分步骤C4b：计算扭矩控制的控制误差；子分步骤C4c：计算当前工况点与上一个存入同一block里的工况点距离；子分步骤C4d：将当前工况点的数据存入对应的block的数据组里。子分步骤C4e：利用最小二乘法，更新block对应的四个节点处的油门开度值点作为前馈控制MAP更新的点，并做求逆运算。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开基于MAP自学习和扰动补偿的扭矩控制系统及其方法，至少具有以下有益效果其中之一：(1)累积观测器模块和MAP更新模块的能根据实时采集的发动机扭矩控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MAP自学习和扰动补偿的扭矩控制系统，用于对由发动机和测功机构成的台架系统进行扭矩控制，其中所述台架系统中发动机与测功机通过连接轴连接，并通过连接轴上设置的传感器输出实际扭矩和实际转速至扭矩控制系统中，台架系统中还包括：台架控制上位机，其发送目标扭矩和目标转速至扭矩控制系统中；所述扭矩控制系统包括：MAP前馈控制单元，其包括MAP前馈控制模块；所述MAP前馈控制模块接收来自台架控制上位机发送的目标扭矩和目标转速，根据接收的目标扭矩和目标转速得到油门开度前馈控制量，作为目标油门开度输入至发动机控制器；ADRC反馈控制单元，其分别接收来自台架控制上位机发送的目标扭矩、扭矩传感器输出的实际扭矩和目标油门开度，基于发动机实际扭矩和目标扭矩的偏差，通过总扰动进行实时观测和补偿，得到油门开度反馈控制量，对油门开度前馈控制量进行补偿；以及MAP自学习控制单元，根据跟踪控制效果提取出若干组输入‑输出数据对，基于若干组输入‑输出数据对，采用最小二乘的方法对MAP节点的值进行学习拟合，再对该MAP进行求逆和修正运算，输出至MAP前馈控制单元；MAP自学习控制单元还采集目标油门开度、实际扭矩和实际转速，根据控制效果选择数据对并将其输出至MAP前馈控制模块，以对MAP前馈控制单元进行修正和更新。...

【技术特征摘要】
1.一种基于MAP自学习和扰动补偿的扭矩控制系统，用于对由发动机和测功机构成的台架系统进行扭矩控制，其中所述台架系统中发动机与测功机通过连接轴连接，并通过连接轴上设置的传感器输出实际扭矩和实际转速至扭矩控制系统中，台架系统中还包括：台架控制上位机，其发送目标扭矩和目标转速至扭矩控制系统中；所述扭矩控制系统包括：MAP前馈控制单元，其包括MAP前馈控制模块；所述MAP前馈控制模块接收来自台架控制上位机发送的目标扭矩和目标转速，根据接收的目标扭矩和目标转速得到油门开度前馈控制量，作为目标油门开度输入至发动机控制器；ADRC反馈控制单元，其分别接收来自台架控制上位机发送的目标扭矩、扭矩传感器输出的实际扭矩和目标油门开度，基于发动机实际扭矩和目标扭矩的偏差，通过总扰动进行实时观测和补偿，得到油门开度反馈控制量，对油门开度前馈控制量进行补偿；以及MAP自学习控制单元，根据跟踪控制效果提取出若干组输入-输出数据对，基于若干组输入-输出数据对，采用最小二乘的方法对MAP节点的值进行学习拟合，再对该MAP进行求逆和修正运算，输出至MAP前馈控制单元；MAP自学习控制单元还采集目标油门开度、实际扭矩和实际转速，根据控制效果选择数据对并将其输出至MAP前馈控制模块，以对MAP前馈控制单元进行修正和更新。2.根据权利要求1所述的扭矩控制系统，其中：所述ADRC反馈控制单元包括：扩张状态观测器模块，其采集实际扭矩和目标油门开度，对发动机总扰动进行估计，输出扰动估计值，对油门开度前馈控制量进行补偿；以及所述扩张状态观测器模块还对发动机扭矩扰动进行估计，输出扭矩估计值。3.根据权利要求2所述的扭矩控制系统，其中，所述ADRC反馈控制单元还包括：P反馈控制器模块，其采集目标扭矩和扭矩估计值，输出P反馈控制器模块的油门开度反馈控制量，所述扩张状态观测器模块输出的扰动估计值对P反馈控制器模块的油门开度反馈控制量补偿后，输出油门开度反馈控制量，所述油门开度反馈控制量与油门开度前馈控制量求和后，输出更新后的目标油门开度。4.根据权利要求1所述的扭矩控制系统，其中，所述MAP自学习控制单元包括：累积观测器模块；采集输入的目标油门开度数据、输出的实际扭矩数据和输出的实际转速的数据进行比对，根据跟踪控制效果提取出若干组输入-输出数据对，所述输入-输出数据对，以由扭矩、转速和油门开度构成的三维坐标的形式存储；MAP自学习模块；调取累积观测器模块提取出的若干组输入-输出数据对，通过最小二乘法计算输出对应的MAP节点，再对MAP进行求逆运算，输出至MAP前馈控制单元，对油门开度前馈控制量进行修正和更新。5.一种发动机台架扭矩控制方法，其包括：步骤A：利用MAP前馈控制单元获取油门开度的前馈控制分量；根据所述台架控制上位机输出的目标扭矩和目标转速，查询前馈控制MAP表，得到油门开度的前馈控制分量，作为目标油门开度输入至发动机...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢辉，阮迪望，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12