用于内燃机的控制系统和控制方法以及内燃机技术方案

用于内燃机的控制系统包括主控制器(301)，所述主控制器(301)将反馈值与设定点值进行比较，并且产生主输出。所述反馈值是在所述内燃机中的过程(101)中测量的动态量的指示。次控制器(302)接收输入值，并根据传递函数产生次输出。所述输入值是影响所述过程(101)的可测量扰动的指示。组合器(303)接收所述主输出和所述次输出，并将所述主输出和所述次输出的组合作为控制信号传送给致动器(104)。所述次控制器(302)接收所述主输出或其导数，并至少部分地基于将所述主输出保持在固定值的目标来调整所述传递函数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及诸如大型柴油机的内燃机的技术。具体地，本专利技术涉及在内燃机的操作期间利用反馈控制来控制内燃机的动态量的值的方式。
技术介绍
操作诸如大型柴油机的现代化内燃机涉及设置并运行大量反馈控制环路以控制作为发动机的操作的一部分而发生的各个过程(process)。图1是应用了反馈控制的过程101和控制器102的示意图。传感器103监测过程101的状态并产生反馈值，反馈值是诸如压力、温度、速度、频率、流速、表面水平等的测量的动态量的指示。控制器102比较反馈值和设定点值，并基于比较产生输出。输出构成了以改变过程101的状态为目标使得反馈值和设定点值之间的差变得尽可能小的致动器104的控制信号。已知的反馈控制方案可以包括例如比例控制、积分控制、和/或微分控制。在这些反馈控制方案中，修正动作的强度取决于目前与设定点值的差值(比例)、目前和之前的差值的加权总和(积分)、或者差值随时间的斜率(微分)。扰动是会改变过程101的状态的因子。可测量的扰动是其影响为事先已知的和/或能以合理的准确度在线测量的那些扰动。另外，存在不可测量扰动，不可测量扰动可包括例如部件在过程101中的机械磨损。不可测量扰动对过程101的影响是难以预测的(如果不是不可能预测)。诸如图1中的纯闭环反馈控制包括固有缺点，即它只对在过程中已经发生了的影响起作用，因此包括特定的延迟和动态。图2示出了如何通过增加前馈控制元件至少部分地解决这种缺点。除了之前关于图1解释的元件之外，图2所示的控制系统包括前馈控制器201。前馈控制器201被配置为接收指示当前实际可测量扰动的一个或更多个输入值。前馈控制器201产生至少部分基于其输入值的输出。反馈控制器102和前馈控制器201的输出端都被连接到组合器202，组合器202将两者的组合作为控制信号传送给致动器104。组合不必是直接相加，而直觉认为致动器104应该影响过
程101的状态的方式考虑这两个控制器的输出。作为示例，我们可以认为过程101是共轨燃料喷射，传感器103监测将燃料输送到喷射器以喷射到内燃机的汽缸的燃料输送管线中的压力。在该示例中，致动器104驱动控制流量控制阀，流量控制阀控制流入到燃料输送管线(即，燃料轨)的燃料。喷射持续时间的刻意增加是可测量扰动。根据图1，如果只应用了反馈控制，则增加的喷射持续时间将引起压力下降。传感器103将下降的压力值传送给反馈控制器102，然后反馈控制器102将尝试通过利用致动器104进一步打开流量控制阀来补偿测量的压力下降。反馈控制环路中的延迟和动态将意味着共轨压力的特定瞬时下降是不可避免的。如果使用图2的控制系统，则前馈控制器201将实时地接收关于喷射持续时间增加的信息。然后前馈控制器201能通过产生输出信号来快速地做出反应，在输出信号经过组合器202之后，输出信号比上述的简单反馈控制情况更快地增加流入到燃料轨的燃料。图2的组合控制方案的缺点是前馈控制器201必然基于关于可测量扰动将如何影响所述过程的假设进行操作。这种假设可能随时间而失去其准确性，或者可能无法考虑到意想不到的变化。例如，在接纳清洁燃料的新发动机中，通过曲柄角的特定部分增加喷射持续时间的命令将会导致每个循环喷射的燃料量的特定增加。如果从最后一次喷射器检修开始已经运行了5000个小时，和/或如果燃料的稠度不完全是它应该有的稠度，则相同的命令可能导致喷射的燃料量的明显不同的增加。喷射器的机械磨损和燃料的变化稠度是不可测量扰动的示例。
技术实现思路
下面提供了简要概述，以提供对各种专利技术实施方式的一些方面的基本理解。该概述不是本专利技术的广泛论述。它既没有意在标识本专利技术的关键或核心元素，也不限定本专利技术的范围。以下的概述仅以简要形式提供了本专利技术的一些构思作为对举例说明本专利技术的实施方式的更详细描述的前序。需要下面的方法、控制系统和内燃机，其中，控制方案也考虑到不可测量扰动，尽管它们是不可测量的。控制方案应当是通用的，从而能被应用于控制内燃机中的各种过程。本专利技术的有利目标通过以下来实现：使用用于反馈控制的主控制器和用于前馈控制的次控制器，以及额外地使次控制器获知主控制器的输出趋势，使得次控制器的操作能够以自适应方式被改变。次控制器的期望型的调整(adaptation)可以被实现，使得目标在于将主控制器的输出保持在固定值，该固定值可能是零或者其它相应的“中性”值。主控制器的中性输出被限定为在主控制器不试图主动地影响被控过程的状态时所产生的输出。过滤(例如，采用预定时间窗内的均值或中值)可被应用，以使次控制器的调整集中在主控制器输出的趋势上而不是在瞬间上。在本专利申请中所提供的本专利技术的示例性实施方式不被解释为对所附权利要求书的应用构成限制。动词“包括”在本专利申请中被用作不排除其它未提及的特征的存在的开放性限定。在从属权利要求中陈述的特征为可相互自由组合，除非另有说明。被认为是本专利技术的特征的新颖性特征在所附权利要求书中被具体地阐述。但是，本专利技术自身针对其构造及其操作方法、以及它的附加目标和优点将通过结合附图阅读特定实施方式的下面的描述被最佳地理解。附图说明图1示出现有技术的反馈控制方案，图2示出反馈和前馈控制的已知组合，图3示出自适应的控制系统和方法，图4示出调整(adapt)传递函数的示例，图5示出调整传递函数的另一示例，图6示出调整传递函数的另一示例，以及图7示出用于控制共轨中的燃料压力的自适应控制系统的应用。具体实施方式通过将示出的实体与控制系统的功能模块关联来将图3读作用于内燃机的控制系统的示图。另选地，通过将示出的实体与方法步骤关联来将图3读作用于控制内燃机的过程方法的示图。这两种解释在下面被详细描述。如图3所示，控制系统包括主控制器301，主控制器301被配置为比较反馈值和
设定点值并产生主输出。主输出基于所述比较而形成；作为非常简单的示例，主输出的任何改变可以与反馈值和设定点值之间的差成比例。主输出与比较结果之间的更复杂关系是可能的。例如，可能存在根本不会引起主输出改变的最小比较结果的“死区”，和/或主输出的任意改变与反馈值和设定点值之间的差的比例(如果有的话)可能是线性的、平方的(并且有符号或指数的，或者它可以具有其它形式。反馈值是在燃机的过程101中测量的动态量的指示。例如，如果待测的动态量是压力，则感器103是可以将测量的压力转换成相应的电压、电流或电阻值的压力传感器。例如如果压力的测量是基于由所述压力引起的可逆变形，则反馈值甚至可以是机械位移，但是因为反馈控制的实现通常涉及电子控制系统，所以电子形式的反馈值是优选的。次控制器302被配置为接收输入值并产生次输出。词语“主”和“次”只是为了明确的字面参考而使用的名称，它们不包括关于例如控制函数的互显著性或者以某种特定顺序发生的各个控制函数的涵义。输入值被示意地示出为从左边进入次控制器302，并且它是影响过程101的可测量扰动的指示。次控制器302中的次输出的产生根据传递函数发生。传递函数的简单示例是时间独立的传递函数s＝s(i)根据该传递函数，每个输入值i得到相应的输出s。可以使用更复杂的传递函数：例如，如果输出s应当不仅取决于输入i，而且还取决于输入到达次控制器302的时间t，则我们可以写出通用表达式s＝s(i本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于内燃机的控制系统，所述控制系统包括：‑主控制器(301)，其被配置为将反馈值与设定点值进行比较，并且基于所述比较产生主输出，其中，所述反馈值是在所述内燃机中的过程(101)中测量的动态量的指示，‑次控制器(302)，其被配置为接收输入值，并从所述输入值根据传递函数产生次输出，其中，所述输入值是影响所述过程(101)的可测量扰动的指示，以及‑组合器(303)，其被连接以接收所述主输出和所述次输出，并将所述主输出和所述次输出的组合作为控制信号传送给致动器(104)，所述致动器(104)被配置为影响所述过程；其中，所述次控制器(302)被连接以接收所述主输出或其导数，并被配置为至少部分地基于将所述主输出保持在固定值的目标来调整所述传递函数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.03 FI 201450081.一种用于内燃机的控制系统，所述控制系统包括：-主控制器(301)，其被配置为将反馈值与设定点值进行比较，并且基于所述比较产生主输出，其中，所述反馈值是在所述内燃机中的过程(101)中测量的动态量的指示，-次控制器(302)，其被配置为接收输入值，并从所述输入值根据传递函数产生次输出，其中，所述输入值是影响所述过程(101)的可测量扰动的指示，以及-组合器(303)，其被连接以接收所述主输出和所述次输出，并将所述主输出和所述次输出的组合作为控制信号传送给致动器(104)，所述致动器(104)被配置为影响所述过程；其中，所述次控制器(302)被连接以接收所述主输出或其导数，并被配置为至少部分地基于将所述主输出保持在固定值的目标来调整所述传递函数。2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述固定值是中性值。3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其中，所述次控制器(302)被连接以接收所述主输出的导数，该导数代表所述主输出在预定时间窗内的均值或中值。4.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，其中，所述次控制器(302)被配置为通过用与接收到的过滤后的主输出值成比例的常数增大或缩放由所述传递函数所给出的输出来对所述过滤后的主输出值做出响应。5.根据权利要求1至3中的任一项所述的控制系统，其中，所述次控制器(302)被配置为通过将接收到的主输出或其导数与输入值的特定子范围相关联并且通过局部地调整所述传递函数使得用与所述主输出或其导数成比例的值增大所述传递函数针对所述子范围内的输入所给出的输出，来对所述主输出或其导数做出响应，所述输入值的特定子范围包括针对获取所述主输出或其导数的时段具有特征的输入。6.根据权利要求5所述的控制系统，其中，所述次控制器(302)被配置为用与各个输入和所述特征输入之间的差成反比例的值增大所述传递函数针对所述子范围的输入给出的输出。7.根据前述权利要求中的任一项所述的控制系统，其中：-所述动态量是燃料输送管线(701)中的燃料压力，-所述输入值是将来自所述燃料输送管线(701)的燃料喷射到所述内燃机的汽缸中的一个或更多个喷射器(702)的喷射持续时间的指示，以及-所述致动器(104)是被配置为调...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤姆·凯丝，弗雷德里克·奥斯特曼，
申请(专利权)人：瓦锡兰芬兰有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI