CN104481717A - 一种pid参数在线设置的发动机转速控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种PID参数在线设置的发动机转速控制方法，提出了一种在发动机转速控制过程中根据转速值在线设置PID比例参数的方法，以期达到发动机转速快速稳定控制。本发明通过计算发动机转速错误并映射到不同的错误区间以及发动机转速错误增长率值，进行PID比例参数设置，进而进行发动机转速快速调整，减少波动。本发明实现简单，使用范围广泛，实验表明本方法在转速控制快速性、稳定性和动态跟踪性等方面的效果显著，优于传统的PID控制。

Description

一种PID参数在线设置的发动机转速控制方法

技术领域

本发明属于汽车控制领域，具体涉及一种发动机转速控制方法，以提高汽车发动机转速控制响应速度和稳定性为应用目的。

背景技术

发动机转速的动态响应和稳定性是发动机性能指标的重要因素。汽车在城市道路行驶过程中面临多种工况的频繁切换，引起发动机转速不断变化且不同工况下发动机转速稳定范围不同。发动机转速变化响应速度和稳定性不仅影响到驾驶人员的舒适性，也影响到燃油燃烧性能和排放，所以提高发动机转速控制的响应速度和稳定性对于提高发动机性能指标，实现燃油经济性具有重要意义。

传统的发动机转速控制采用PID控制，在实际使用中一般可以采用PI控制，PD控制或P控制等变形方式。PID控制参数Kp，Ki和Kd取值不同对控制效果有很大的影响。

发动机转速控制是发动机控制的核心，转速的平稳调整能够有效提高燃油经济性和舒适性。在发动机运行过程中，工况切换，燃油燃烧和负载变化等都可能会改变转速或产生转速波动，所以转速控制具有明显的非线性，时变性和不确定性。目前使用的转速调节控制策略基本采用传统的PID控制运算，传统PID控制过程响应慢，稳定时间长，在控制响应和稳定性上已经不能满足转速控制的要求。

在目前PID使用过程中，也相继提出了PID调节参数变化的方法，通过查表或参数设置等方法进行PID参数调整，然而这些调节方法均未能考虑到发动机当前转速特征，对PID参数的调整适应性和灵活性较差。

发明内容

本发明提出了一种在发动机转速控制过程中根据转速值在线设置PID比例参数的方法，以期达到发动机转速快速稳定控制。

本文中发动机转速计算采用基于扭矩的柔性控制，根据目标转速和实际转速差值计算转速差和转速差值增长率，设置PID比例参数，再进行比例控制计算获得加速请求命令值，将加速请求命令值进一步转换为扭矩值作用到发动机上转换为喷油量。从而计算获得新的发动机转速值。发动机转速控制图如图1所示。

发动机转速控制采用PID比例控制，所以比例参数的设置直接影响控制效果。本文根据发动机目标转速和实际转速差值及差值增长率进行比例参数设置。

为描述方便，将目标转速和实际转速(反馈转速)的差值称为错误(Err)，即错误计算如公式(1)所示。

错误＝目标转速–实际转速    公式(1)

1、错误区间映射

发动机转速瞬间波动并不都是错误，如果波动持续发生才会被认定为错误，所以在错误标志设置时采用高低门限进行设置，这样在高低门限之间波动时，都不会被立即认定为错误发生。错误有取正和取负两种情况，以取正为例，错误划分为三个区间：无错误(NoErr)，中度错误(LargeErr)，严重错误(VeryLargeErr)。设置中度错误高低门限为(LELowThd，LEHighThd)，严重错误高低门限为(VLELowThd，VLEHighThd)，这样划分后，就可以将模糊的错误波动区间数字化，设置错误状态标志，具体设置方法如下：

Err<LELowThd时，LargeErrFlag＝0且VeryLargeErrFlag＝0，错误状态为NoErr；

LEHighThd<Err<VLELowThd时，LargeErrFlag＝1且VeryLargeErrFlag＝0，错误状态为LargeErr；

Err<VLEHighThd时，VeryLargeErrFlag＝1，错误状态为VeryLargeErr；

LELowThd<Err<LEHighThd时，LargeErrFlag保持上一次值；

VLELowThd<Err<VLEHighThd时，VeryLargeErrFlag保持上一次值。

当错误为负时，同理设置各错误区间错误门限值，进行错误状态对比，设置错误标志值。需要注意的是，相同错误区间的高低门限设置应根据速度调整的方向和发动机运行状态确定，及正负错误对应的相同区间的高低门限值并不完全互为反数。

根据错误区间门限设置错误区间划分方法如图2所示。数轴被划分为9个区段，四种错误划分方式。各错误划分说明如下：

NoErr：表示没有错误，即反馈转速和基准转速已经很逼近，用较小的基础比例参数调整即可，与图3相符；

Keep：表示错误在此区间时，错误标志LargeErrFlag，VeryLargeErrFlag保持上次值。Keep所在区间为中度错误和严重错误的高低门限之间区域，此区域中错误会累积。

LargeErr：错误在此区间时，表示存在中度错误，设置LargeErrFlag＝1，此处基础比例参数设置与错误正负有关，错误为负时，说明反馈速度调节过量，采用稍大的比例参数迅速调整；错误为正时，说明速度调整还未达到目标，可以采用稍小的比例参数继续调整。

VeryLargeErr：错误在此区间时，表示存在严重错误，设置VeryLargeErrFlag＝1，此时可以按照错误正负情况进行分类，也可以简单设置较大比例参数进行快速调节。

2、错误增长率

错误增长率由本次错误值，上次错误值决定，具体过程如下。

错误增长＝错误(new)-错误(last)     公式(2)

错误增长率＝错误增长/时间      公式(3)

错误增长为转速，错误增长率为每秒钟转速值。

错误增长率计算完成后，为防止突变，对错误增长率按照公式(4)进行一阶滤波。

ErrIRate(n)＝ErrIR_Cur+(ErrIRate(n-1)-ErrIR_Cur)*filter    公式(4)

ErrIRate(n)——滤波后的错误增长率输出

ErrIRate(n-1)——上一次输出的错误增长率

ErrIR_Cur——本次计算的错误增长率

Filter——过滤系数

为了直观标识错误增长率对基础比例参数的影响，采用错误增长率标志GrowFlag表示错误增长率大小。设置错误增长率高低门限(MAX_ErrGrow，MIN_ErrGrow)。错误增长率标志GrowFlag设置如下：

错误增长率>MAX_ErrGrow   GrowFlag＝1；

错误增长率<MIN_ErrGrow   GrowFlag＝0；

错误增长率在高低门限之间   GrowFlag不变。

设置错误增长率标志GrowFlag之后，就可以根据GrowFlag调节基础比例参数。调节方法如下：

GrowFlag＝1，错误增长率大，调节基础比例参数值，调节方法同错误在LargeErr区间；

GrowFlag＝0，错误增长率小，设置最小基础比例参数。

3、比例参数设置

错误反映了速度调节结果与期望目标之间的差距，差距大时采用较大的比例参数进行调节，加快调节速度；差距小时采用较小的比例参数进行调节，减小调节过程中产生的震荡。根据错误映射到不同错误区间的标志和错误增长率标志将错误划映射到NoErr，LargeErr和VeryLargeErr三个区间，在不同区间设置不同比例参数值。错误在不同区间对应的比例参数设置示例如图3所示。

本发明具有以下优点：

本发明根据转速偏差和转速偏差增长率情况进行PID参数设置能够使得转速调整与当前发动机运行情况相适应，减小超调，提高转速控制的动态响应和稳定性。

该方法简单易行、易于维护且适用范围广。

附图说明

图1：发动机转速PID控制图

图2：错误区间划分方法

图3：比例参数设置图

图4：传统PID转速控制图

图5：PID比例参数调整转速控制图

具体实施方式

以某发动机启动怠速控制为例，转速在700rpm～900rpm之间为怠速工况，分别测取发动机采用传统PID控制的转速波动曲线和发动机比例参数动态设置的转速波动曲线。比例参数设置值见图3中所示。图4所示为传统PID控制的发动机怠速转速调整过程，图5所示为根据本文方法进行比例参数调整后进行发动机怠速转速调整过程。

从图4和图5中可以看出，采用ID动态参数调整的转速调整响应时间明显快于传统PID控制的转速调整响应；稳定后，采用传统PID控制的转速波动最大约为±15rpm，本文动态设置比例参数的转速波动最大约为±7rpm。

Claims (3)

1.一种PID参数在线设置的发动机转速控制方法，其特征在于，包括以下环节：

1)周期计算目标转速与实际转速的差值作为错误值，并根据连续两次的错误值计算错误增长率值；

2)根据错误值大小映射到不同错误状态，对应设置错误状态标志位；所述错误状态分为无错误NoErr、中度错误LargeErr和严重错误VeryLargeErr，取决于设定的中度错误LargeErr的高低门限和严重错误VeryLargeErr的高低门限，0与中度错误LargeErr之间则为无错误NoErr；

3)根据错误增长率值与设定的错误增长率高低门限的比较结果，设置错误增长率状态标志位；

4)错误状态标志和错误增长率状态标志标识了实际转速和目标转速的接近程度，对于不同的错误状态标志和错误增长率状态标志的组合设定有对应的比例参数值；由此，通过周期性地读取错误状态标志和错误增长率状态标志进行比例参数的重新赋值，来实现转速控制。

2.根据权利要求1所述的PID参数在线设置的发动机转速控制方法，其特征在于，所述错误状态以及错误状态标志位的设定规则如下：

设定中度错误高低门限LELowThd、LEHighThd，严重错误高低门限VLELowThd、VLEHighThd；

错误值<LELowThd时，则中度错误状态标志LargeErrFlag＝0且严重错误状态标志VeryLargeErrFlag＝0，错误状态为NoErr；

LEHighThd<错误值<VLELowThd时，则中度错误状态标志LargeErrFlag＝1且严重错误状态标志VeryLargeErrFlag＝0，错误状态为LargeErr；

错误值<VLEHighThd时，则严重错误状态标志VeryLargeErrFlag＝1，错误状态为VeryLargeErr；

LELowThd<错误值<LEHighThd时，则LargeErrFlag保持上一次值；

VLELowThd<错误值<VLEHighThd时，则VeryLargeErrFlag保持上一次值；

所述错误增长率状态标志位的设定规则如下：

设定错误增长率高低门限MAX_ErrGrow、MIN_ErrGrow；

错误增长率>MAX_ErrGrow时，则错误增长率状态标志位GrowFlag＝1；

错误增长率<MIN_ErrGrow时，则错误增长率状态标志位GrowFlag＝0；

错误增长率在高低门限之间，则错误增长率状态标志位GrowFlag保持上一次值；

比例参数设置的规则如下：

对于LargeErr状态且GrowFlag＝1，若错误为负时，设置为相对稍大的比例参数进行迅速调整；若错误为正时，设置为相对较小的比例参数继续调整；

对于VeryLargeErr状态且GrowFlag＝1，设置的比例参数应大于LargeErr状态且GrowFlag＝1时的值；

对于其他情况，设置相对最小基础比例参数。

3.根据权利要求2所述的PID参数在线设置的发动机转速控制方法，其特征在于：计算错误增长率时，连续的错误值差需要进行滤波，之后进行错误区间映射，设置错误增长率状态标志。