CN103016115A

CN103016115A - 基于pid的空气压力控制系统及方法

Info

Publication number: CN103016115A
Application number: CN2011102850721A
Authority: CN
Inventors: 魏晓科; 秦建权; 王士海; 黄东亚; 韩本忠
Original assignee: Lianchuang Automotive Electronics Co Ltd
Current assignee: DIAS Automotive Electronic Systems Co Ltd; Lianchuang Automotive Electronics Co Ltd
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明公开了一种基于PID的空气压力控制系统，包括：PID控制器，用于调整和控制SCR系统的实际空气压力，使其与预设压力相等或趋近于相等；空气压力传感器，用于实时监测SCR系统输出的空气压力值，并反馈给PID控制器；模糊控制表，用于动态调整PID参数，并提供给PID控制器。本发明还公开了基于上述系统的空气压力控制方法。本发明通过在空气压力闭环控制系统中加入参数可调的PID控制，跟踪系统的压力并进行及时的修正，从而消除了系统的稳态误差，为SCR系统添蓝喷射的充分反应提供了良好的反应环境。

Description

基于PID的空气压力控制系统及方法

技术领域

本发明涉及柴油机压缩空气辅助喷射SCR系统，特别是涉及SCR系统中的空气压力控制系统。

背景技术

国内的柴油机压缩空气辅助喷射SCR(选择性催化还原法)系统中，空气压力的控制通常采用开环控制系统，这种系统的结构比较简单，因此比较经济，但缺点是输出端与输入端之间不存在反馈，也就是说，空气压力控制系统实际输出的空气压力值不会对系统的空气压力控制产生任何的影响，因此也就无法补偿系统的压力误差，容易导致系统控制误差过大、响应速度慢、震荡和不稳定等情况出现。

目前，也有人采用简单的闭环控制系统，如图1所示，该闭环控制系统采用的是简单的PID(Proportional-Integral-Differential，比例-积分-微分)控制，虽然相对前述开环控制系统有了一定的改进，但由于其PID参数是固定不变的，不会跟随SCR催化过程进行动态的调整，因此，仍然无法很好地控制SCR系统的空气压力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于PID的空气压力控制系统，它可以提高SCR系统的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明的基于PID的空气压力控制系统，包括：

PID控制器，用于调整和控制SCR系统的实际空气压力，使其与SCR系统预设的空气压力相等或趋近于相等；

空气压力传感器，用于实时监测SCR系统输出的空气压力值，并反馈给PID控制器。

模糊控制表，用于动态调整PID参数，并提供给PID控制器。

本发明要解决的另一技术问题是提供基于上述系统的SCR系统空气压力控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的基于PID的空气压力控制方法，包括步骤：

1)预先设定SCR系统的空气压力；

2)空气压力传感器实时采集SCR系统实际输出的空气压力，并反馈给PID控制器；

3)PID控制器计算实际空气压力与预设空气压力的偏差值；

4)PID控制器根据所述偏差值，查询模糊控制表，调整PID参数，并启动PID控制，将SCR系统内的空气压力调整至步骤1)预设的压力值。

本发明通过在空气压力控制系统中加入PID控制，对系统的传递函数进行修正，实现了输出压力的快速跟踪和变化，从而消除了系统的稳态误差，实现了SCR系统空气压力调节的稳、准、快，保证了SCR系统添蓝喷射能够在一个较为理想的环境下反应，最终提高了添蓝喷射化学反应的效率，减少了柴油机尾气的排放量。

附图说明

图1是现有简单的空气压力闭环控制系统的算法示意图；

图2是本发明实施例的PID控制算法的示意图；

图3是本发明实施例的PID控制算法的流程图。

具体实施方式

为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下：

本实施例的基于模糊-自调整PID控制算法的空气压力闭环控制系统，其结构请参考图2所示，主要包括PID控制器、空气压力传感器和模糊控制表。

PID控制器用于根据SCR系统实际输出的空气压力值y与预设的空气压力值r的偏差e，计算空气压力的控制量u，并据此调整和控制SCR系统中的实际空气压力，使实际的空气压力值y与预设的空气压力值r相等或趋近于相等。

空气压力传感器用于实时监测SCR系统实际输出的空气压力值y，并反馈给PID控制器。

模糊控制表用于向PID控制器提供合理的PID参数(包括比例放大系数K_p，积分系数K_i，微分系数K_d)。该模糊控制表中的PID参数可以根据实际的经验参数进行动态调整，也可以根据SCR催化过程的动态特性进行动态调整。

下面对利用上述空气压力控制系统，控制SCR系统空气压力的具体方法做一详细说明。

请参考图3所示，SCR催化过程中，利用空气压力传感器实时采集SCR系统实际输出的空气压力值。

假设在第k(k为正整数)个采样时刻，SCR系统预设的空气压力值为r(k)，而空气压力传感器采集到的空气压力值为y(k)，该实际压力值y(k)被反馈到控制线路上后，PID控制器计算出该第k个时刻SCR系统的压力偏差e(k)：

e(k)＝r(k)-y(k)

PID控制器根据计算得到的e(k)值，在线查询模糊控制表，获得合理的PID参数K_p、K_i和K_d。

同时，PID控制器根据e(k)值的范围，合理选择启动比例控制(P控制)、积分分离PID控制(PD控制)、比例积分控制(PI控制)、微分先行PID控制或带死区的PID控制：

(1)当e(k)值很大时，通常是在SCR系统刚启动时，采用P控制；

(2)当e(k)→0时，采用带死区的PID控制，以避免系统频繁动作而引入震动，此时，SCR系统内的空气压力进入动态稳定工作状态；

(3)当e(k)值较大时，采用PD控制，暂时取消积分作用，以避免过大的超调，又可以使系统有较快的反应；

(4)当e(k)值较小时，采用PID控制或PI控制，以保证系统的控制精度；

(5)当需要调整预设值r(k)时，采用微分先行PID控制，只对输出量y(k)进行微分控制，以避免预设值升降时引起的系统震荡，改善系统的动态特性。

对于(3)、(4)两种情况，可以对e(k)值预先设定一个阈值。

在(3)、(4)两种情况下，按照下式计算空气压力的控制量u(k)：

u (k) = K_{p} e (k) + K_{i} Σ_{j = 0}^{k} e (j) + K_{d} [e (k) - e (k - 1)] + u_{0}

其中，u₀为预设的空气压力值。

空气压力控制系统根据PID控制器计算出的控制量u(k)，调整SCR系统的实际空气压力，使其与预设的压力相等(即e＝0)。

如此不断地采集空气压力，并进行实时、动态地调整，就可以使SCR系统内的空气压力始终稳定在预先设定的压力值。

上述控制方法，可以用以下代码来实现：

上述代码中，比例放大系数K_p、积分系数K_i和微分系数K_d分别被赋予初值0.5、0.5和0.0，随着SCR系统的动态性能的改变，这三个PID参数值也会发生动态调整，从而PID控制器的输出值(rOut，即控制量)也相应调整。

本发明的空气压力控制系统，可以根据实际的PID经验参数，或根据SCR过程的动态特性，及时地调整PID参数，如此提高了空气压力控制系统的实时性、稳定性和准确率(误差可以接近零)，从而保证了SCR系统空气压力的稳定性，使添蓝喷射能在一个较为理想的环境下充分反应，得到更好的喷射雾化效果，同时，还减少了尾气的排放。

Claims

1.一种基于PID的空气压力控制系统，其特征在于，包括：

模糊控制表，用于动态调整PID参数，并提供给PID控制器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述PID参数包括比例放大系数、积分系数和微分系数。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述PID参数根据实际经验参数确定。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述PID参数根据SCR催化过程的动态特性确定。

5.一种基于权利要求1的系统实现的空气压力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)预先设定SCR系统的空气压力；

3)PID控制器计算实际空气压力与预设空气压力的偏差值；

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，步骤4)中，所述PID参数根据实际经验参数或者SCR系统的动态特性进行调整。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤4)中，所述PID控制为比例控制、积分分离PID控制、比例积分控制、微分先行PID控制或带死区的PID控制。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述带死区的PID控制，在所述偏差值趋近于0时启用。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述积分分离PID控制，在所述偏差值大于预设的阈值时启用。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述微分先行PID控制，在需要调整空气压力的预设值时启用。