一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法技术方案

本发明专利技术涉及柴油机冷却领域，特别是涉及一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法及装置。本发明专利技术的方法综合考虑柴油机的运行工况和运行环境，提供了一种多输入多输出且存在非线性和滞后效应的复杂系统的控制方法。本发明专利技术可有效减低耗油率、提升有效输出功率，减低冷却系统零部件耗功。减低冷却系统零部件耗功。减低冷却系统零部件耗功。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法


[0001]本专利技术涉及柴油机冷却领域，特别是涉及一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法及装置。

技术介绍

[0002]目前绝大多数船舶柴油机冷却系统为传统型，即海水泵和淡水泵通过齿轮系由曲轴驱动，因此冷却液流量由柴油机转速决定，而与柴油机运行工况(转速和负荷)和运行环境(温度)无关，冷却液循环回路中的节温器采用石蜡节温器，感温介质石蜡被冷却液加热或冷却产生膨胀或压缩变形，进而推动阀门开启或关闭，实现冷却液大、小循环流量的自动分配。
[0003]传统船用柴油机冷却系统的驱动型式简单、可靠性高，但其也存在明显缺点：一是冷却强度仅能被动调节，不足以应对柴油机多变的运行工况和复杂的运行环境。二是冷却系统功耗浪费。柴油机运行过程中，只有在3％～5％的时间里冷却系统的冷却强度与柴油机工况匹配，大部分时间处于冷却过度状态，冷却系统耗功浪费现象严重。三是石蜡节温器存在响应延迟和加热冷却过程的“滞回”特性。石蜡式节温器具有易腐蚀、易卡滞、灵敏度低、精度低、阀芯强度低、阀芯更换程序复杂等缺点。
[0004]由于柴油机冷却系统是一个多输入多输出且存在非线性和滞后效应的复杂系统，根据冷却水温这个单一参数进行控制，很难在复杂多变的实际使用工况下执行多参数多目标的精确控制。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术公开了一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法。本专利技术开展了传统型式淡水泵、海水泵和节温器的电控化改造，设计了智能冷却系统中央集成控制器和信号采集处理系统，搭建了智能冷却系统的模拟环境试验平台；本专利技术的方法综合考虑柴油机的运行工况(起动暖机、正常负载、停机后冷却)和运行环境(不同温度)。本专利技术可有效减低耗油率、提升有效输出功率，减低冷却系统零部件耗功。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法，包括暖机控制模式、负载控制模式和停机后冷却控制模式，其特征在于：暖机初始阶段节温器开度为0，冷却淡水在小循环回路进行循环，电控淡水泵在最低稳定转速运转，电控海水泵不运转，随着柴油机暖机时间的增加淡水出机温度逐渐上升，当柴油机出水温度达到电子节温器初始开启温度时，电子节温器受到触发开度逐渐增加，部分冷却淡水经过散热器自然对流换热进行大循环，随着暖机的持续进行，电子节温器全部打开，冷却淡水全部经过散热器进行自然对流换热，当淡水出机温度上升到97％T
ed
时，暖机控制模式转到负载控制模式；负载控制模式指电控淡水泵和电控海水泵的前馈开环MAP控制和闭环积分分离PID控制算法；后冷却控制仅控制电控淡水泵，其中，积分分离PID控制算法为：
[0007]积分分离PID算法可表示为：
[0008][0009]式中，β为积分项的开关系数：
[0010][0011]k
p
－比例系数；T
I
－积分时间常数；T
D
－微分时间常数，u(k)为控制量输出，k为在系统运行总时间t过程中，PID控制器的信号采集总次数，为信号采集k次后的目标值偏差总积累量，j为信号采集总次数k中的第j次信号采集；K为开环放大系数，τ为纯滞后时间。
[0012]根据如上所述的一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法，其特征在于：暖机控制模式中的变论域模糊控制具的模糊控制器包括以下步骤：(1)确定输入、输出变量；(2)输入变量模糊化包括a.模糊论域划分：b.确定量化因子；(3)确定隶属度函数；(4)建立模糊规则库；(5)解模糊。
[0013]根据如上所述的一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法，其特征在于：负载控制模式中的开环MAP控制算法为开环MAP控制不对实际参数值与目标参数值间的差异进行监测和调节，只根据预置MAP图对控制元件进行调节。
[0014]根据如上所述的一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法，其特征在于：MAP图通过试验数据和全局优化算法获取的控制元件运行参数数据而形成。
[0015]根据如上所述的一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法，其特征在于：还包括内燃机冷却控制装置，内燃机冷却控制装置包括淡水循环回路、海水循环回路，其特征在于：淡水循环回路包括电控淡水泵、滑油冷却器、柴油机气缸水套、柴油机缸盖水套、电子节温器、散热器，电子节温器输出口一路直接回到淡水泵入口，电子节温器输出口的另一路经过散热器淡水输入输出口再回到淡水泵入口；淡水泵输出口与滑油冷却器输入口连接，滑油冷却器输出口与经过柴油机气缸水套、柴油机缸盖水套后与电子节温器连接，形成回路；海水循环回路包括电控海水泵、中冷器、散热器、恒温海水箱，电控海水泵输出口与中冷器输入口连接，中冷器输出口与散热器海水输入口连接，散热器海水输出口与恒温海水箱输入口连接，恒温海水箱输出口与电控海水泵输入口连接。
[0016]根据如上所述的一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法，其特征在于：内燃机冷却控制装置还包括膨胀水箱，膨胀水箱输入口与散热器淡水输出口连接，膨胀水箱输出口与淡水泵输入口连接。
[0017]本专利技术的有益效果是：一是可有效减低耗油率、提升有效输出功率，减低冷却系统零部件耗功。二是提出了相应的试验方法和标定方法，对研究该冷却系统性能、修正控制策略、改进控制算法具有重大意义。本专利技术提出一种基于改进算法的内燃机智能冷却系统控制方法和装置。三是提出的智能冷却系统控制策略，可以根据发动机运行状态转换控制模式，实现快速暖机、优化整机热量分配、避免停机后热浸的效果。四是：提出的“开环MAP控制+闭环积分分离PID控制+变域论模糊控制”综合智能控制算法，可以控制智能冷却系统根据柴油机的冷却需求科学合理调整冷却强度，保证发动机在不同环境、不同工况下达到或接
近最佳热平衡状态区间，发动机的动力性、经济性、可靠性、排放性得到提升，该综合控制算法具备控制响应快、精度高、鲁棒性好、控制过程过渡平滑细腻等特性。
附图说明
[0018]图1为基于改进算法的内燃机智能冷却系统模拟环境试验台架示意图。
[0019]图2为智能冷却控制系统数据传递流程图。
[0020]图3为智能冷却系统控制原理图。
[0021]图4为智能冷却控制系统控制策略图。
[0022]图5为智能冷却系统开环MAP控制+闭环PID控制示意图。
[0023]图6闭环反馈控制原理图。
[0024]图7模糊控制原理流程图。
[0025]图8为电子节温器可变论域模糊控制器原理图。
[0026]图9为模糊控制器推理输出的电子节温器开度控制MAP图。
[0027]图10为智能冷却系统中央控制器总体结构框图。
[0028]图11为信号采集控制系统程序总体框图。
[0029]图12电控淡水泵转速控制MAP。
[0030]图13电控海水泵转速控制MAP。
[0031]图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法，包括暖机控制模式、负载控制模式和停机后冷却控制模式，其特征在于：暖机初始阶段节温器开度为0，冷却淡水在小循环回路进行循环，电控淡水泵在最低稳定转速运转，电控海水泵不运转，随着柴油机暖机时间的增加淡水出机温度逐渐上升，当柴油机出水温度达到电子节温器初始开启温度时，电子节温器受到触发开度逐渐增加，部分冷却淡水经过散热器自然对流换热进行大循环，随着暖机的持续进行，电子节温器全部打开，冷却淡水全部经过散热器进行自然对流换热，当淡水出机温度上升到97％T
ed
时，暖机控制模式转到负载控制模式；负载控制模式指电控淡水泵和电控海水泵的前馈开环MAP控制和闭环积分分离PID控制算法；后冷却控制仅控制电控淡水泵，其中，积分分离PID控制算法为：积分分离PID算法可表示为：式中，β为积分项的开关系数：k
p
－比例系数；T
I
－积分时间常数；T
D
－微分时间常数，u(k)为控制量输出，k为在系统运行总时间t过程中，PID控制器的信号采集总次数，为信号采集k次后的目标值偏差总积累量，j为信号采集总次数k中的第j次信号采集；K为开环放大系数，τ为纯滞后时间。2.根据权利要求1所述的一种基于改进控制算法的内燃机智能冷却系统控制方法，其特征在于：暖机控制模式中的变论域模糊控制具的模糊控制器包括以下步骤：(1)确定输入、输出变量；(2)输入变量模糊化包括a.模糊论域划分：b.确定量化因子；(3)确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：张萍，张博，郭旭，聂志斌，韩莉，王银，周磊，韩小钢，秦建文，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：