一种柴油机共轨压力的PID参数自整定控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种柴油机共轨压力控制PID参数自整定方法及装置。基于继电反馈生成一个适当的振荡来获得受控过程的频率特性和系统模型；将受控过程上的一点用改进Ziegler‑Nichols方法移到多个期望相位裕度处，得到不同整定方案；通过阶跃响应的ITAE性能指标对参数方案进行分析选择，确定最优共轨压力控制PID参数。实验和工程应用表明，共轨压力控制PID参数自整定可达到满意的控制效果，降低了整定难度和整定时间，提升了整定一致性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及PID参数自整定方法及装置，特别涉及柴油机共轨压力的PID参数自整定控制方法及装置。
技术介绍
环境污染的加剧和能源危机的日益暴露，排放法规日益严苛，促进了电控柴油机的发展。高压共轨系统由于喷油压力和喷油规律的精确、灵活调节，成为未来柴油机燃油系统的发展方向。喷油压力的稳定性和响应性从根本上影响着共轨柴油机燃油系统的性能。近几十年来，PID(比例积分微分)控制器在工业系统中应用广泛，具有结构简单可靠，稳定性好等特点，又由于现代自适应控制、鲁棒控制、智能控制和系统辨识理论和技术的发展，使得经典PID在新的理论上有了更高层次的发展。PID参数整定的关键是识别受控过程对控制器作用力反应的剧烈程度，以及控制器在试图减少误差时的主动程度。这对整定人员的经验、细心程度和时间等提出较高要求。ITAE性能指标是目前综合描述系统动态性能比较有效的目标函数，由其确定的参数组合能够使系统具有超调量小、响应速度快的优点，即使当受控过程的运行参数在一定的范围内发生变化时，由其优化的控制系统仍然有可以接受的品质，且对震荡有一定的阻尼作用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一在于针对现有技术的不足而提供一种柴油机共轨压力控制PID参数自整定控制方法。该共轨压力控制PID参数自整定控制方法基本思想是：某柴油机工况，继电测试开关接通，暂时禁用PID，控制器将一个阶梯状的控制作用力作用于受控过程，测取特性参数；利用改进Ziegler-Nichols方法或其它整定算法实时计算当前多个期望相位裕度的PID参数方案；继电测试开关断开，将各个PID参数方案依次写入相应脉谱，由PID控制器来控制被控对象的运行，计算闭环系统的阶跃响应ITAE性能指标对当前工况进行评估并获得最优共轨压力控制PID参数。共轨压力控制PID参数自整定可达到满意的控制效果，降低了整定难度和整定时间，提升了整定一致性。本专利技术所要解决的技术问题之二在于提供实现上述方法的装置。作为本专利技术第一方面的柴油机共轨压力控制PID参数自整定控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：步骤1、设置一包括发动机与整车传感器、执行器和处理器的控制系统，其中发动机与整车传感器包括转速传感器、油门开度传感器、冷却水温传感器、燃油温度传感器、车速传感器、离合器状态传感器、档位状态传感器；所述执行器为高压共轨系统,其包括燃油计量阀式或EUP式高压供油泵、共轨管、轨压传感器和电控喷油器；所述处理器中设置有继电测试模块、PID参数模块、轨压PID控制模块、ITAE评估模块；步骤2、所述继电测试模块基于继电反馈，以所述轨压传感器输送过来的信号作为过程变量，控制作用力为常量保持不变直到过程变量超过设定值，当过程变量超过设定值时，再加入负阶跃信号直到过程变量回落到设定值以下，一个阶梯状的控制作用力作用于受控过程来测取特性参数，输出为稳态增益信号和周期信号到PID参数模块；步骤3、所述PID参数模块根据继电测试模块输出的稳态增益信号和周期信号，利用改进Ziegler-Nichols方法或其它整定算法实时计算当前多个期望相位裕度的PID参数方案，输出PID控制参数信号到轨压PID控制模块；步骤4、所述轨压PID控制模块根据发动机与整车传感器采集各种传感器信号和整车网络信号，判断当前柴油机工况，确定期望目标轨压，与所述轨压传感器采集到的轨压值的差值构成控制偏差，根据PID参数模块输送过来的PID控制参数信号，结合控制偏差来执行调节控制，输出驱动信号到执行器，输出控制偏差到ITAE评估模块；步骤5、所述ITAE评估模块根据轨压PID控制模块输出的控制偏差和时间计算闭环系统的阶跃响应ITAE性能指标对当前工况进行评估并获得最优共轨压力控制PID参数。在所述步骤2中，所述继电反馈的继电特性如下：滞环继电特性的描述函数的负倒数为：式中：a≥ε，a为系统在继电控制下运行时的振荡幅值；d为继电器的继电特性幅值；ε为滞环宽度的一半，没有滞环时，为负实轴，在滞环宽度不为零时，为平行于负实轴的一条直线，ε值不同，则与复实轴间的距离也不同。在所述步骤2中，所述控制作用力为常量保持不变直到过程变量超过设定值，当过程变量超过设定值时，再加入负阶跃信号直到过程变量回落到设定值以下时系统的闭环特性方程发生振荡的条件写成：即：式中，j为复数虚单位；ωC为开环系统G(s)的Nyquist曲线穿越C点时的频率；如果只考虑一种简单的情况，假设继电器非线性环节不带有滞环，则描述函数可以简化为：此时系统的振荡频率与增益由下式确定：式中，KC为稳态增益；TC为周期。在所述步骤3中，所述利用改进Ziegler-Nichols方法实时计算当前多个期望相位裕度的PID参数方案如下：复平面A点φa为A点相位裕度，ra为A点幅值，G(jω0)为A点的频率特性，ω0为该点频率；假设A被移动到A1点φb为A1点相位裕度，rb为A1点幅值，G1(jω0)为A1点处的频率特性。假设PID控制器为φc为PID控制器相位裕度，rc为幅值，GC(jω0)为PID控制器的频率特性：因此，φc＝φb-φaPI控制：所述Ziegler-Nichols算法由下式得到：KP＝Kcrbcosφb，式中φa＝0，KC为稳态增益，TC为周期，ω0为穿越频率。PID控制：根据上式，Ti和Td不唯一；为了获得唯一PID参数，通常设定Td＝αTi，上式变为：式中，α为系数，一般为0.25。此时PID参数整定变为确定合适的φb和rb，根据相位裕度定义，此时rb＝1，根据共轨轨压控制实际情况，分别设定不同φb值，即可得到相应P,I,D参数方案。在所述步骤4中，轨压PID控制中，PID控制器的传递函数为：式中，KP为比例系数；Ti为积分时间常数；Td为微分时间常数；s为复参数。为了提高动态响应性，减少稳态轨压波动，缩短PID控制引起的延迟，在考虑喷油量、泄漏量、系统老化磨损等因素后，采用轨压预控制技术。在所述步骤5中，ITAE是时间乘以控制偏差绝对值积分的性能指标，即：在工程实际中，t∈[0，ts]，其中ts为过渡过程结束时间，指系统误差在满足最大超调量σ％，到达并保持在允许误差±Δ％范围内的时刻。因此工程上实用的性能指标应该为在[0,ts]区域内求积分。某个工况下，在各个PID参数方案的阶跃响应ITAE性能指标中选取最小值作为该工况最优共轨压力控制PID参数。作为本专利技术第二方面的柴油机共轨压力控制PID参数自整定控制装置，包括发动机与整车传感器、执行器和处理器；所述发动机与整车包括转速传感器、油门开度传感器、冷却水温传感器、燃油温度传感器、车速传感器、离合器状态传感器、档位状态传感器；所述执行器为高压共轨系统，包括轨压传感器，燃油计量阀式或EUP式高压供油泵、共轨管、电控喷油器；所述处理器中设置有继电测试模块、PID参数模块、轨压PID控制模块、ITAE评估模块。所述继电测试模块的输入端与轨压传感器相连，接受轨压传感器输出的轨压信号；所述继电测试模块的输出端输出稳态增益信号和周期信号；所述PID参数模块的输入端与继电测试模块的输出端相连，接受继电测试模块输出的稳态增益信号和周期信，所述PID参数模块的输出端输出PID控制参数；所述轨压PID控制模块的输入端分别同发动机与整车传感器、P本文档来自技高网...

【技术保护点】
柴油机共轨压力控制PID参数自整定控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：步骤1、设置一包括发动机与整车传感器、执行器和处理器的控制系统，其中发动机与整车传感器包括转速传感器、油门开度传感器、冷却水温传感器、燃油温度传感器、车速传感器、离合器状态传感器、档位状态传感器；所述执行器为高压共轨系统,其包括燃油计量阀式或EUP式高压供油泵、共轨管、轨压传感器和电控喷油器；所述处理器中设置有继电测试模块、PID参数模块、轨压PID控制模块、ITAE评估模块；步骤2、所述继电测试模块基于继电反馈，以所述轨压传感器输送过来的信号作为过程变量，控制作用力为常量保持不变直到过程变量超过设定值，当过程变量超过设定值时，再加入负阶跃信号直到过程变量回落到设定值以下，一个阶梯状的控制作用力作用于受控过程来测取特性参数，输出为稳态增益信号和周期信号到PID参数模块；步骤3、所述PID参数模块根据继电测试模块输出的稳态增益信号和周期信号，利用改进Ziegler‑Nichols方法或其它整定算法实时计算当前多个期望相位裕度的PID参数方案，输出PID控制参数信号到轨压PID控制模块；步骤4、所述轨压PID控制模块根据发动机与整车传感器采集各种传感器信号和整车网络信号，判断当前柴油机工况，确定期望目标轨压，与所述轨压传感器采集到的轨压值的差值构成控制偏差，根据PID参数模块输送过来的PID控制参数信号，结合控制偏差来执行调节控制，输出驱动信号到执行器，输出控制偏差到ITAE评估模块；步骤5、所述ITAE评估模块根据轨压PID控制模块输出的控制偏差和时间计算闭环系统的阶跃响应ITAE性能指标对当前工况进行评估并获得最优共轨压力控制PID参数。...

【技术特征摘要】
1.柴油机共轨压力控制PID参数自整定控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：步骤1、设置一包括发动机与整车传感器、执行器和处理器的控制系统，其中发动机与整车传感器包括转速传感器、油门开度传感器、冷却水温传感器、燃油温度传感器、车速传感器、离合器状态传感器、档位状态传感器；所述执行器为高压共轨系统,其包括燃油计量阀式或EUP式高压供油泵、共轨管、轨压传感器和电控喷油器；所述处理器中设置有继电测试模块、PID参数模块、轨压PID控制模块、ITAE评估模块；步骤2、所述继电测试模块基于继电反馈，以所述轨压传感器输送过来的信号作为过程变量，控制作用力为常量保持不变直到过程变量超过设定值，当过程变量超过设定值时，再加入负阶跃信号直到过程变量回落到设定值以下，一个阶梯状的控制作用力作用于受控过程来测取特性参数，输出为稳态增益信号和周期信号到PID参数模块；步骤3、所述PID参数模块根据继电测试模块输出的稳态增益信号和周期信号，利用改进Ziegler-Nichols方法或其它整定算法实时计算当前多个期望相位裕度的PID参数方案，输出PID控制参数信号到轨压PID控制模块；步骤4、所述轨压PID控制模块根据发动机与整车传感器采集各种传感器信号和整车网络信号，判断当前柴油机工况，确定期望目标轨压，与所述轨压传感器采集到的轨压值的差值构成控制偏差，根据PID参数模块输送过来的PID控制参数信号，结合控制偏差来执行调节控制，输出驱动信号到执行器，输出控制偏差到ITAE评估模块；步骤5、所述ITAE评估模块根据轨压PID控制模块输出的控制偏差和时间计算闭环系统的阶跃响应ITAE性能指标对当前工况进行评估并获得最优共轨压力控制PID参数。2.如权利要求1所述的柴油机共轨压力控制PID参数自整定控制方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述继电反馈的继电特性如下：滞环继电特性的描述函数的负倒数为：-1N(a)=-π4da2-ϵ2-jπϵ4d]]>式中：a≥ε，a为系统在继电控制下运行时的振荡幅值；d为继电器的继电特性幅值；ε为滞环宽度的一半，没有滞环时，为负实轴，在滞环宽度不为零时，为平行于负实轴的一条直线，ε值不同，则与复实轴间的距离也不同。3.如权利要求2所述的柴油机共轨压力控制PID参数自整定控制方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述控制作用力为常量保持不变直到过程变量超过设定值，当过程变量超过设定值时，再加入负阶跃信号直到过程变量回落到设定值以下时系统的闭环特性方程发生振荡的条件写成：即：式中，j为复数虚单位；ωC为开环系统G(s)的Nyquist曲线穿越C点时的频率；如果只考虑一种简单的情况，假设继电器非线性环节不带有滞环，则描述函数可以简化为：N(a)=4dπa]]>此时系统的振荡频率与增益由下式确定：KC=4dπa,TC=2πωC]]>式中，KC为稳态增益；TC为周期。4.如权利要求1所述的柴油机共轨压力控制PID参数自整定控制方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述利用改进Ziegler-Nichols方法实时计算当前多个期望相位裕度的PID参数方案如下：复平面A点φa为A点相位裕度，ra为A点幅值，G(jω0)为A点的频率特性，ω0为该点频率；假设A被移动到A1点φb为A1点相位裕度，rb为A1点幅值，G1(jω0)为A1点处的频率特性。假设PID控制器为φc为PID控制器相位裕...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟卫东，邓飞，郑昌，龙美彪，欧阳玲湘，黄民备，熊明富，陈顺利，丁才云，
申请(专利权)人：南岳电控衡阳工业技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43