基于ADRC的汽油机瞬态空燃比控制:时变延迟处理策略

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本文探讨了汽油发动机在存在时变运输延迟的情况下,采用改进型主动抗扰控制器(Active Disturbance Rejection Control, ADRC)进行瞬态空燃比(Air/Fuel Ratio, AFR)控制的研究。作者Zhijing Wang和Xiaohong Jia合作,他们的研究成果发表在《电气与电子工程学刊》(IEEE Journal on Transactions on Electrical and Electronic Engineering, IEEJTrans2017) 的S1卷第12期上,具体页码为S117至S124,可在 Wiley Online Library 上获取全文,DOI号为10.1002/tee.22444。 在汽油机的工作过程中,维持AFR在理论燃烧比是非常关键的,因为这直接影响发动机性能和排放。然而,实际操作中,动态变化的因素如进气歧管压力、发动机转速以及负载扭矩的波动,再加上燃料蒸发过程中的不确定参数和氧传感器老化等问题,都会作为“总扰动”影响AFR的稳定控制。为了克服这些挑战,研究人员设计了一种基于ADRC的控制器,它利用扩展状态观测器(Extended State Observer, ESO)来估计这些扰动。 ADRC算法的核心在于其能够实时跟踪和补偿系统中的不确定性和外部干扰。在设计过程中,作者利用李亚普诺夫-克拉索夫斯基稳定性理论,通过确定控制器和观测器增益矩阵,构建了一个有效的解决方案。这种方法旨在确保在处理时变运输延迟时,控制器能够快速、准确地调整喷油量,使得AFR始终保持在理想值附近,从而优化发动机性能,降低排放,并减少运行中的不稳定性。 通过线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequalities, LMIs)的求解,本文提供了一种实用的设计方法,使得该控制器能够在复杂的动态环境中实现稳定的AFR控制,这对于提升汽油发动机的整体效率和可靠性具有重要意义。这篇论文不仅深化了我们对ADRC在汽车工程中的应用理解,也为解决汽油机瞬态控制问题提供了新的策略和技术支持。