可变截面涡轮增压器喷嘴环叶片位置的调节控制方法技术

本发明专利技术提供了一种可变截面涡轮增压器喷嘴环叶片位置的调节控制方法，所述调节控制方法采用三个闭环控制，分别为位置环、速度环和电流环。本发明专利技术在于采用位置环的控制算法和使用位置环、速度换、电流环的这种控制方式，实现迅速、准确地改变可变喷嘴环的位置，解决了喷嘴环位置控制中的超调、震荡问题，提升控制品质。

Adjusting control method of variable cross-section turbocharger nozzle ring blade position

The invention provides a method for regulating and controlling the position of a nozzle ring ring of a variable cross-section turbocharger, which adopts three closed loop control. The present invention is the control algorithm with position loop and position loop, speed change, current loop control mode to realize quickly and accurately change the variable nozzle position, solves the overshoot and oscillation problem of nozzle ring position control, improving control quality.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于柴油机
，具体涉及一种用于可变截面涡轮增压器喷嘴环叶片位置的调节控制方法。
技术介绍
可变截面涡轮增压器的工作原理是通过改变喷嘴环叶片的转角位置来改变涡轮流通面积，从而控制增压器转速和增压压力。在低工况时，通过减小涡轮通流面积提高增压器转速，提高增压压力，改善发动机部分负荷特性；高工况时，增大涡轮通流面积，降低增压器转速，减小增压压力，使增压器不超速，发动机的爆发压力不至于过大，从而全工况优化增压器与发动机的匹配性能。在增压器自身性能优良的条件下，能不能实现可变截面的设计意图、充分发挥其作用，完全取决于可变截面增压器的控制系统能否迅速、准确地改变可变喷嘴环的开度。目前使用较多的为真空膜式控制方式，通过控制真空盒的真空度，进而控制放气阀，间接控制喷嘴环叶片开度。但是，这种气动方式存在着执行机构体积大、响应速度慢等缺陷。传统的控制方案，使用位置闭环PID控制算法，具体实现为给定目标位置，检测实际位置，偏差值使用闭环PID运算得出占空比，输出控制直流电机达到目标位置。位置控制使用PID或者PI控制算法，目标速度是通过比例、积分、微分计算出来的，由于PID算法的固有特性，无法精确控制电机转动速度，易引起超调和震荡，特别是在大偏差情况下超调和震荡基本上是无法避免的，严重影响控制性能，对增压器安全运行带来负面影响。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种可变截面涡轮增压器喷嘴环叶片位置的调节控制方法，避免动态时喷嘴环位置的超调，减少调节时间，改善动态响应特性。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：可变截面涡轮增压器喷嘴环叶片位置的调节控制方法，采用三个闭环控制，分别为位置环、速度环和电流环，所述位置环的输入包括发动机ECU发出的喷嘴环叶片的目标位置信息和检测到的喷嘴环叶片的实际位置信息，所述位置环首先得到目标位置信息与实际位置信息的位置偏差值，再将所述位置偏差值通过位置控制运算给出目标速度；所述速度环的输入包括位置环输出的目标速度和检测到的喷嘴环叶片的实际位置信息通过速度计算得到的实际速度，速度环先计算得到目标速度与实际速度的速度偏差值，再通过速度控制运算给出目标电流；所述电流环的输入包括速度环输出的目标电流和检测到的控制喷嘴环叶片的直流电机的实际电流，电流环首先得到目标电流与实际电流的电流偏差值，再通过电流控制运算给出可调占空比的直流电信号输出，最终驱动直流电机控制喷嘴环叶片的位置。进一步的，所述位置环采用的位置控制运算包括如下内容：当正向位置偏差小于第一预设值e1或者负向位置偏小于第三预设值e3时，所述位置环的输出目标速度较小，也可以设置为零；当正向位置偏差大于第二预设值e2或者负向位置偏大于第四预设值e4时，所述位置环的输出目标速度为最大目标速度；当正向位置偏差在第一预设值e1与第二预设值之间e2或者负向位置偏在第三预设值e3与第四预设值e4之间时，所述位置环输出的目标速度为通过线性差值得到从0到最大目标速度之间的值。进一步的，所述位置环的位置控制运算的算法中限制最大目标速度，具体为，在靠近实现叶片位置调节的机械结构的机械限位时，减小目标速度的大小，使直流电机往机械限位运转时，速度缓慢下降，到限位位置时，速度为零。进一步的，所述速度环的速度控制运算使用PI控制算法，所述电流环的电流控制运算使用比例控制算法。进一步的，所述调节控制方法是通过喷嘴环位置控制器实现的上述位置环、速度环和电流环的运算处理过程，喷嘴环位置控制器能够接收发动机ECU发出的喷嘴环叶片的目标位置信息，并最终输出直流电信号，直流电机接收此直流电信号，实现正反转；涡轮蜗杆换向机构一端与电机的输出相连，一端与喷嘴环叶片的控制杆相连，将直流电机的正反向旋转运动转换为喷嘴环叶片的控制杆的直线往复运动。相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：本专利技术通过无超调的位置控制算法，根据机械部分的响应特性设定最大目标速度，保证准确性的前提下加快系统响应；根据喷嘴环位置控制器的机械结构设计，在机械限位附近限制目标速度的大小，使电机在接近限位附近时理论转速随之减小，避免机械冲击；位置环输出后结合速度环PI算法，速度环后级为电流控制的比例有差控制，实现迅速、准确地改变可变喷嘴环的位置，解决了喷嘴环位置控制中的超调、震荡问题，提升控制品质。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例所述可变截面涡轮增压器喷嘴环叶片位置的调节控制方法示意图；图2为本专利技术实施例所述位置环的位置控制算法示意图；图3为本专利技术实施例所述机械限位处的目标最大速度(绝对值)示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。可变截面涡轮增压器喷嘴环叶片位置的调节控制方法，如图1所示，采用三个闭环控制，分别为位置环、速度环和电流环，所述位置环的输入包括发动机ECU发出的喷嘴环叶片的目标位置信息和检测到的喷嘴环叶片的实际位置信息，所述位置环首先得到目标位置信息与实际位置信息的位置偏差值，再将所述位置偏差值通过位置控制运算给出目标速度(大小和方向)；所述速度环的输入包括位置环输出的目标速度和检测到的喷嘴环叶片的实际位置信息通过速度计算得到的实际速度，速度环先计算得到目标速度与实际速度的速度偏差值，再通过速度控制运算给出目标电流(大小和方向)；所述电流环的输入包括速度环输出的目标电流和检测到的控制喷嘴环叶片的直流电机的实际电流，电流环首先得到目标电流与实际电流的电流偏差值，再通过电流控制运算给出可调占空比的直流电信号输出，最终驱动直流电机控制喷嘴环叶片的位置。如图2所示，本实施例所述位置环采用的位置控制运算包括如下内容：当正向位置偏差小于第一预设值e1或者负向位置偏小于第三预设值e3时，所述位置环的输出目标速度为0，目的是允许小偏差的存在，提高系统的稳定性；当正向位置偏差大于第二预设值e2或者负向位置偏大于第四预设值e4时，所述位置环的输出目标速度为最大目标速度，V1、V2分别为负向和正向允许的最大目标速度，最大目标速度是结合机械结构的特性确定的最大的速度；当正向位置偏差在第一预设值e1与第二预设值之间e2或者负向位置偏在第三预设值e3与第四预设值e4之间时，所述位置环输出的目标速度为通过线性差值得到从0到最大目标速度之间的值，目标速度通过线性差值得到，使喷嘴环叶片跟踪目标位置的过程比较柔和，不会产生超调。本专利技术的位置环的位置控制算法，不会产生超调，其输入为位置偏差，按照“偏差-目标速度”曲线，得到目标速度；“偏差-目标速度”是通过前期的试验总结出来的，在小偏差时，目标速度较小，也可以设置为零，意即允许小偏差时叶片位置可以不变；在大偏差时，设置允许的最大目标速度，加快响应；在中间偏差位置，可按照最大速度与最小速度之间线性查表确定。由于实现叶片位置调节的涡轮蜗杆换向机构具有机械限位，为了防止产生机械冲击，查表得到的目标速度需要经过一次限制，进行冗余设计，保证在机械限位附近电机理论转速为零。如图3所示，由于机械结构有限位，为了防止产生机械冲击、延长使用寿命，在位置环的位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
可变截面涡轮增压器喷嘴环叶片位置的调节控制方法，其特征在于，所述调节控制方法采用三个闭环控制，分别为位置环、速度环和电流环，所述位置环的输入包括发动机ECU发出的喷嘴环叶片的目标位置信息和检测到的喷嘴环叶片的实际位置信息，所述位置环首先得到目标位置信息与实际位置信息的位置偏差值，再将所述位置偏差值通过位置控制运算给出目标速度；所述速度环的输入包括位置环输出的目标速度和检测到的喷嘴环叶片的实际位置信息通过速度计算得到的实际速度，速度环先计算得到目标速度与实际速度的速度偏差值，再通过速度控制运算给出目标电流；所述电流环的输入包括速度环输出的目标电流和检测到的控制喷嘴环叶片的直流电机的实际电流，电流环首先得到目标电流与实际电流的电流偏差值，再通过电流控制运算给出可调占空比的直流电信号输出，最终驱动直流电机控制喷嘴环叶片的位置。

【技术特征摘要】
1.可变截面涡轮增压器喷嘴环叶片位置的调节控制方法，其特征在于，所述调节控制方法采用三个闭环控制，分别为位置环、速度环和电流环，所述位置环的输入包括发动机ECU发出的喷嘴环叶片的目标位置信息和检测到的喷嘴环叶片的实际位置信息，所述位置环首先得到目标位置信息与实际位置信息的位置偏差值，再将所述位置偏差值通过位置控制运算给出目标速度；所述速度环的输入包括位置环输出的目标速度和检测到的喷嘴环叶片的实际位置信息通过速度计算得到的实际速度，速度环先计算得到目标速度与实际速度的速度偏差值，再通过速度控制运算给出目标电流；所述电流环的输入包括速度环输出的目标电流和检测到的控制喷嘴环叶片的直流电机的实际电流，电流环首先得到目标电流与实际电流的电流偏差值，再通过电流控制运算给出可调占空比的直流电信号输出，最终驱动直流电机控制喷嘴环叶片的位置。2.根据权利要求1所述的可变截面涡轮增压器喷嘴环叶片位置的调节控制方法，其特征在于：所述位置环采用的位置控制运算包括如下内容：当正向位置偏差小于第一预设值e1或者负向位置偏小于第三预设值e3时，所述位置环的输出目标速度为0；当正向位置偏差大于第二预设值e2或者负向位置偏大于第四预设值e4时，所述位置环的输出目标速度为最大目标速度；当正向位置偏差在第一预设值e1与第二预设值之间e2或者负向位置偏在第三预设值e3与第四预设值e4之间时，所述位置环...

【专利技术属性】
技术研发人员：况涪洪，褚全红，孟长江，张春，姜承赋，董新宇，张维彪，龚思扬，
申请(专利权)人：中国北方发动机研究所天津，
类型：发明
国别省市：天津;12