用于柴油机空气路径流量模型预测控制的部分步和全步混合二次求解器及使用方法技术

一种使用模型预测控制(MPC)控制器的方法和系统，该控制器利用混合二次求解器来求解对应于诸如柴油机空气路径的内燃机对象的非线性问题的线性可行性问题。所述MPC求解具有优化变量和约束的凸二次代价函数，并指导所述对象每个输出解来优化对象运行，同时遵守法规和约束。所述问题包括在原始空间中迭代计算和直接计算的组合，这取决于试图采用部分步(迭代)还是全步(直接)。进一步地，原始和对偶空间数组矩阵被预计算并离线存储，并且通过使用与一组约束的特定有效集合相关的独有的标识符获得。这种混合和/或离线计算允许降低计算能力，同时仍保持求解结果的准确性。

【技术实现步骤摘要】
用于柴油机空气路径流量模型预测控制的部分步和全步混合二次求解器及使用方法
本说明书概括来说涉及应用二次求解器解决对应于非线性规划公式的线性可行性问题，更具体地，涉及应用混合(例如部分步和全步)二次求解器解决对应于内燃机对象(如柴油机空气路径)的非线性问题的线性可行性问题。
技术介绍
在内燃机中，供应给内燃机气缸的空气量通过内燃机元件来操作。例如，在现代柴油机中，可变几何涡轮(VGT)可用于通过改变涡轮定子入口叶片的角度使得供应的空气量发生变化而增加供应给内燃机气缸的空气量。这些现代柴油机通常在满足诸如关于颗粒物和氮氧化物的约束的严格的有关排放的联邦法规的同时在提供最佳性能和提供燃油经济性之间进行平衡。为了满足这些要求，许多具有VGT的柴油机还使用具有可变控制位置的废气再循环(EGR)阀。EGR阀将变化量的内燃机废气再循环返回至内燃机气缸以允许燃烧更加完全以及减少内燃机排放。这些内燃机的操作需要大量的运行条件，所述运行条件可包括例如内燃机速度、油耗和内燃机负载以及其它条件，在内燃机控制单元(ECU)中嵌入有一个或多个控制器，以响应于检测内燃机参数的传感器来控制各个内燃机致动器。所述EC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制内燃机的方法，所述内燃机具有可变几何涡轮(VGT)、废气再循环(EGR)阀和EGR节气门，所述方法包括：利用包括修正算法的预测模型求解线性二次问题，以便确定：(i)满足一个或多个约束的所要求的优化VGT升力；和(ii)满足所述一个或多个约束的所要求的优化EGR阀流率，其中，求解线性二次问题包括：确定是否在每次迭代采用包括原始部分步和原始全步之一的确定步，和在每次迭代采用所述确定步，直至线性二次问题通过修正的算法被求解出，其中：采用原始部分步包括执行迭代计算，采用原始全步包括执行直接计算；响应于内燃机进气岐管压力通过控制VGT生成所要求的优化VGT升力；和响应于EGR率通过控制EGR...

【技术特征摘要】
2016.06.17 US 15/185,6641.一种用于控制内燃机的方法，所述内燃机具有可变几何涡轮(VGT)、废气再循环(EGR)阀和EGR节气门，所述方法包括：利用包括修正算法的预测模型求解线性二次问题，以便确定：(i)满足一个或多个约束的所要求的优化VGT升力；和(ii)满足所述一个或多个约束的所要求的优化EGR阀流率，其中，求解线性二次问题包括：确定是否在每次迭代采用包括原始部分步和原始全步之一的确定步，和在每次迭代采用所述确定步，直至线性二次问题通过修正的算法被求解出，其中：采用原始部分步包括执行迭代计算，采用原始全步包括执行直接计算；响应于内燃机进气岐管压力通过控制VGT生成所要求的优化VGT升力；和响应于EGR率通过控制EGR阀和EGR节气门生成所要求的优化EGR阀流率。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：设定一个或多个内燃机运行参数作为所述一个或多个约束以形成非线性问题；和基于所述非线性问题推导所述线性二次问题，其中，所述线性二次问题是凸的和时变的。3.如权利要求2所述的方法，其中，要求解的所述线性二次问题包括如下公式：其中，是代价函数中的时变线性项；是代价函数中的常数二次项；是常数约束矩阵；是时变约束向量；是包括时变控制输入的一个或多个优化变量。4.如权利要求3所述的方法，其中，所述时变控制输入包括VGT升力和EGR流量中的至少一个，并且所述方法进一步包括：添加拉格朗日乘子μ以确定优化变量的解和优化拉格朗日乘子μ*大的解，优化变量和优化拉格朗日乘子μ*的解大于或等于零以满足对偶可行性，同时仅采用所述一个或多个约束中的有效、可行的约束。5.如权利要求4所述的方法，其中：VGT包括涡轮输入叶片，所述涡轮输入叶片构造成倾斜以被打开、部分打开、或关闭；以及所述有效、可行的约束包括最大EGR率、最小EGR率、最大EGR流量命令、最小EGR流量命令、用以控制涡轮输入叶片的最大关闭量的最大VGT升力关闭命令、和用以控制涡轮输入叶片的最小关闭量的最小VGT升力关闭命令中的至少一个。6.如权利要求5所述的方法，进一步包括：简化当前有效集合列表L的确定解，并且定义迭代和直接计算方法以确定如何从当前有效集合列表L移至新的有效集合列表L+1，从而得到如下简化的HQPKWIK公式：μL+1＝μL-rvknextt对偶步其中，t是仍保持对偶可行性的最小长度，vknext是被添加至当前约束集合列表的下一个约束，z是表示原始空间中搜索方向的数组，r是表示对偶空间中搜索方向的数组，使得：z＝TLU(TLU)Tr＝RL-1(TLC)T。7.如权利要求6所述的方法，进一步包括：在线和离线之一地预计算部分z和r数组；而且当离线预计算部分z和r数组时，在至少部分地基于当前有效集合列表确定独有的标识符之后得到z和r数组，其中，确定独有的标识符利用将当前有效集合列表中的一个或多个二进制数转换成十进制数值，所述独有的标识符包括所述十进制数值。8.一种用于控制内燃机的方法，所述内燃机具有位于内燃机的空气路径中的可变几何涡轮(VGT)、废气再循环(EGR)阀和EGR节气门，所述方法包括：公式化模型预测控制(MPC)控制器的约束优化问题，所述控制器基于线性模型、一个或多个约束以及相关的对偶空间和原始空间矩阵数组控制空气路径，所述线性模型包括在对偶空间和原始空间中的凸二次时变代价函数，每个与独有的有效集合列表相关的数组包括所述一个或多个约束的第一组合；求解所述约束优化问题以确定解；用修正后的有效集合列表修正所述约束优化问题；重复求解和公式化步骤，直至所述一个或多个约束的所有可能的有效集合列表都被满足，以生成所要求的优化VGT升力和所要求的优化EGR阀流率，从而控制所述空气路径，所要求的优化VGT升力和所要求的优化EGR阀流率中的每个满足所述一个或多个约束，其中：所要求的优化VGT升力响应于内燃机进气岐管压力通过控制VGT生成，和所要求的优化EGR阀流率响应于EGR率通过控制EGR阀和EGR节气门生成；并且实施关于所述空气路径的解。9.如权利要求8所述的方法，其中，求解所述约束优化问题以确定解的步骤包括：设定所述线性模型的一个或多个优化变量为无约束最小值；确定所述一个或多个约束的最违反可能约束以形成可估计的有效集合列表；将所述可估计的有效集合列表转换为独有的标识符；基于所述独有的标识符识别原始空间和对偶空间数组；用所识别的原始空间和对偶空间数组计算原始步方向和对偶步方向，以基于计算出的原始步方向和对偶步方向之间确定的最小值确定步长；基于所确定的步...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·R·罗杰斯，M·黄，I·科尔曼诺夫斯基，
申请(专利权)人：丰田自动车工程及制造北美公司，密执安州立大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国,US