CN108071502B - 基于map自学习和扰动补偿的扭矩控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种基于MAP自学习和扰动补偿的发动机台架扭矩控制系统及其方法，主要包括MAP前馈控制单元、MAP自学习控制单元、ADRC反馈控制单元，MAP前馈控制单元由目标扭矩和目标转速产生油门开度前馈控制量，ADRC反馈控制单元基于采集发动机实际扭矩和目标油门开度，实现系统扰动补偿，并产生油门开度反馈控制量。MAP自学习控制单元通过采集目标油门开度、实际扭矩和实际转速，选择满足一定条件的输入‑输出数据对，用于MAP节点学习，以实现对前馈MAP修正和更新。本公开优点为有效解决了目前发动机‑测功机台架系统在瞬态测试循环下，存在的扭矩跟踪超调、滞后以及PID控制参数调节费时等问题，提高了发动机扭矩的自适应性，同时改善了瞬态跟踪性能。

Description

基于MAP自学习和扰动补偿的扭矩控制系统及其方法

技术领域

本公开涉及发动机扭矩控制领域，尤其涉及一种基于MAP自学习和扰动补偿的扭矩控制系统及其方法。

背景技术

发动机-测功机组成的台架系统可用于测试发动机的动力性、经济性和排放性能，是发动机研发阶段非常重要的实验设备。在最常用的发动机控制扭矩、测功机控制转速模式中，测功机用于模拟发动机的负载，通过调节加载力矩使发动机转速快速稳定在目标转速值；发动机通过控制油门踏板实现输出扭矩跟随目标扭矩值，构成一个双输入双输出的耦合系统。日益严格的排放法规及ETC、WHTC、RDE等瞬态循环测试的提出，给瞬态循环下发动机扭矩和测功机转速的控制算法设计提出了更高的要求。

目前发动机-测功机台架系统中，发动机扭矩控制存在如下两个主要问题：

1)瞬态循环下，发动机的扭矩跟踪效果不理想，存在超调和滞后。

2)更换发动机参数或配置后，重新调节PID控制参数时间较长，算法自适应能力较差。

为了改善瞬态控制效果，保证算法在被测发动机型号、配置或参数更换修改后，能快速控制好新的发动机进行实验，减少PID参数调节的时间，目前技术人员在控制算法的自学习能力与自适应能力的改进上还有更多的研发空间。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种发动机台架扭矩控制系统及其方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种基于MAP自学习和扰动补偿的扭矩控制系统及其方法，用于对由发动机和测功机构成的台架系统进行扭矩控制，其中台架系统中发动机与测功机通过连接轴连接，并通过连接轴上设置的传感器输出实际扭矩和实际转速至扭矩控制系统中，台架系统中还包括：台架控制上位机，其发送目标扭矩和目标转速至扭矩控制系统中；

所述扭矩控制系统包括：MAP前馈控制单元，其包括MAP前馈控制模块；MAP前馈控制模块接收来自台架控制上位机发送的目标扭矩和目标转速，根据接收的目标扭矩和目标转速得到油门开度前馈控制量，作为目标油门开度输入至发动机控制器；ADRC反馈控制单元，其分别接收来自台架控制上位机发送的目标扭矩、扭矩传感器输出的实际扭矩和目标油门开度，基于发动机实际扭矩和目标扭矩的偏差，通过总扰动进行实时观测和补偿，得到油门开度反馈控制量，对油门开度前馈控制量进行补偿；以及MAP自学习控制单元，根据跟踪控制效果提取出若干组输入-输出数据对，基于若干组输入-输出数据对，采用最小二乘的方法对MAP节点的值进行学习拟合，再对该MAP进行求逆和修正运算，输出至MAP前馈控制单元；MAP自学习控制单元采集目标油门开度、实际扭矩和实际转速，根据控制效果选择数据对并将其输出至MAP前馈控制模块，以对MAP前馈控制单元进行修正和更新。

在本公开的一些实施例中，其中ADRC反馈控制单元包括：扩张状态观测器模块，其采集实际扭矩和目标油门开度，对发动机总扰动进行估计，输出扰动估计值，对油门开度前馈控制量进行补偿；以及扩张状态观测器模块还对发动机扭矩扰动进行估计，输出扭矩估计值。

在本公开的一些实施例中，其中ADRC反馈控制单元还包括：P反馈控制器模块，其采集目标扭矩和扭矩估计值，输出P反馈控制器模块的油门开度反馈控制量，所述扩张状态观测器模块输出的扰动估计值对P反馈控制器模块的油门开度反馈控制量补偿后，输出油门开度反馈控制量，所述油门开度反馈控制量与油门开度前馈控制量求和后，输出更新后的目标油门开度。

在本公开的一些实施例中，其中MAP自学习控制单元包括：累积观测器模块；采集输入的目标油门开度数据、输出的实际扭矩数据和输出的实际转速的数据进行比对，根据跟踪控制效果提取出若干组输入-输出数据对，输入-输出数据对，以由扭矩、转速和油门开度构成的三维坐标的形式存储；MAP自学习模块；调取累积观测器模块提取出的若干组输入-输出数据对，通过最小二乘法计算输出对应的MAP节点，再对MAP进行求逆运算，输出至MAP前馈控制单元，对油门开度前馈控制量进行修正和更新。

根据本公开的另一个方面，还提供了一种基于MAP自学习和扰动补偿的扭矩控制方法，其包括：步骤A：利用MAP前馈控制单元获取油门开度的前馈控制分量；根据台架控制上位机输出的目标扭矩和目标转速，查询前馈控制MAP表，得到油门开度的前馈控制分量，作为目标油门开度输入至发动机控制器，发动机输出实际扭矩和实际转速；步骤B：利用ADRC反馈控制单元，接收步骤A中输出的目标油门开度和实际扭矩，采用主动抗扰控制ADRC方法计算得到油门开度反馈控制量，结合油门开度前馈控制量，对步骤A输出的目标油门开度数据进行更新，进而发动机输出更新后的实际扭矩和实际转速；步骤C：利用MAP自学习控制单元对MAP前馈控制单元进行修正和更新。

在本公开的一些实施例中，步骤A还包括：子步骤A1：生成前馈控制MAP；子步骤A2：根据台架控制上位机输出的目标扭矩和目标转速，通过在MAP前馈控制模块中，查询前馈控制MAP表，得到油门开度的前馈控制分量，作为初始目标油门开度输入至发动机控制器，发动机输出实际扭矩和实际转速。

在本公开的一些实施例中，步骤A1还包括：子分步骤A1a：根据发动机的最大扭矩、最大转速等参数，产生合适的MAP节点；子分步骤A1b：输入发动机的外特性曲线；子分步骤A1c：计算其他节气门开度下，发动机扭矩随转速的变化曲线；子分步骤A1d：将上述扭矩曲线由节气门度映射到油门开度；子分步骤A1e：基于获得的各个油门开度下的扭矩曲线，生成基础前馈控制MAP。

在本公开的一些实施例中，步骤B还包括：子步骤B1：基于从台架控制上位机读取的目标扭矩和目标转速，采用双线性插值的方式，从MAP前馈控制模块中计算得到油门开度前馈控制量u_ff；子步骤B2：加上P反馈控制模块产生的油门开度反馈控制量；子步骤B3：在P反馈控制模块的油门开度反馈控制量的基础上减去扰动估计值，得到油门开度反馈控制量；子步骤B4：将油门开度前馈控制量和油门开度反馈控制量相加后，作用于发动机，并实时采集发动机的扭矩转速值。

在本公开的一些实施例中，子步骤C包括：子步骤C1：采集步骤B输出的实际扭矩、实际转速和目标油门开度；子步骤C2：将子步骤C1采集的实际扭矩与目标扭矩行对比，根据跟踪控制效果，取出若干输入-输出数据对；子步骤C3：以由转速、扭矩和油门开度构成的三维坐标的形式进行存储；子步骤C4：调取子步骤C2提取出的若干组输入-输出数据对，通过最小二乘法计算输出对应的MAP节点，再对MAP进行求逆运算，输出至MAP前馈控制单元，对油门开度前馈控制量进行修正和更新。

在本公开的一些实施例中，子步骤C4包括：子分步骤C4a：采集步骤B输出的实际扭矩、实际转速和目标油门开度；子分步骤C4b：计算扭矩控制的控制误差；子分步骤C4c：计算当前工况点与上一个存入同一block里的工况点距离；子分步骤C4d：将当前工况点的数据存入对应的block的数据组里。子分步骤C4e：利用最小二乘法，更新block对应的四个节点处的油门开度值点作为前馈控制MAP更新的点，并做求逆运算。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开基于MAP自学习和扰动补偿的扭矩控制系统及其方法，至少具有以下有益效果其中之一：

(1)累积观测器模块和MAP更新模块的能根据实时采集的发动机扭矩控制的输入输出数据，对前馈控制MAP进行实时在线更新，使控制算法具备较强的自学习能力。

(2)MAP前馈控制模块，根据目标扭矩和目标转速，通过二维查表得到目标油门开度，作为前馈控制输入，有效提高扭矩相应速度。

(3)ADRC反馈控制模块，将来自系统内外部的未知动态当作总扰动的一部分，利用扩张状态观测器进行在线观测和补偿，避免了常规控制方法中的复杂建模，也避免了模型精度不足(不确定性)给控制性能带来的负面影响。反馈控制中所需的关键信息仅仅是发动机从油门到扭矩的模型的阶次，无须精确的发动机扭矩模型，建模工作大大降低。

(4)本公开将所有的不确定性都视为扰动，根据输入和输出关系进行观测，鲁棒性强。仿真结果显示，一套控制参数即可在整个ETC循环工况实现良好的控制效果。

附图说明

图1为本公开实施例发动机-测功机台架的结构组成的示意图。

图2为本公开实施例基于MAP自学习和扰动补偿的发动机台架扭矩控制系统框图。

图3为本公开实施例MAP节点及block划分示意图。

图4为本公开实施例基于发动机外特性生成的基础前馈MAP流程图。

图5为本公开实施例发动机外特性示意图。

图6为本公开实施例前馈控制MAP的自学习流程图。

具体实施方式

本公开提供了一种基于MAP自学习和扰动补偿的发动机台架扭矩控制系统及其方法，主要包括MAP前馈控制单元、MAP自学习控制单元、ADRC反馈控制单元。

MAP前馈控制单元，根据目标扭矩和目标转速得到油门开度前馈控制量；ADRC反馈控制单元，基于发动机实际扭矩和目标扭矩的偏差，通过总扰动进行实时观测和补偿，得到油门开度反馈控制量；由MAP前馈控制单元得到的油门开度前馈控制量与ADRC反馈控制单元得到的油门开度反馈控制量之和得到更新后的目标油门开度，以对MAP前馈控制单元进行修正。MAP自学习控制单元，采集目标油门开度、实际扭矩和实际转速，选择控制效果好的数据对保存并将其输出至MAP前馈控制模块，以对MAP前馈控制单元进行修正和更新。有效解决了目前发动机-测功机台架系统在瞬态测试循环下，存在的扭矩跟踪超调、滞后以及PID控制参数调节费时等问题，提高了发动机扭矩的自适应性，改善了瞬态跟踪性能。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种基于MAP自学习和扰动补偿的发动机台架扭矩控制系统及其方法。

图1为本公开实施例发动机-测功机台架的结构组成的示意图。如图1所示，台架系统的结构包括：发动机和测功机通过连接轴连接，发动机还与发动机控制器连接，测功机还与测功机控制器连接，连接轴上还设有转速传感器和扭矩传感器，台架控制上位机输出目标扭矩和目标转速至扭矩控制系统，扭矩传感器和转速传感器采集的实际扭矩和实际转速输出至扭矩控制系统，扭矩控制系统可以输出油门开度等技术参数。

图2为本公开实施例基于MAP自学习和扰动补偿的发动机台架扭矩控制系统算法架构示意图。如图2所示，基于MAP自学习对发动机台架扭矩控制，主要通过台架控制上位机将目标扭矩和目标转速发送至MAP前馈控制模块，进而得到初始目标油门开度，作为油门开度的前馈控制量u_ff。将前馈控制量u_ff发送至发动机控制器，累积观测器模块通过对发动机-测功机台架的工况循环进行观测，根据扭矩的跟踪精度，结合工况点在全公况平面内的分布情况，挑选出合适的工况点数据，发送至MAP更新模块。MAP更新模块根据累积观测器提供的数据对MAP前馈控制模块中节点处油门开度的进行数据更新，同时对MAP前馈控制模块中扭矩与油门在给定转速下呈非单调变化的节点以及扭矩对油门的变化率超过发动机响应能力的节点进行数据修正，完成基于MAP自学习对发动机台架扭矩控制。

基于扰动补偿对发动机台架扭矩控制，主要通过扩张状态观测器模块和P反馈控制模块实现，其中扩张状态观测器模块基于初始油门开度和扭矩传感器采集的发动机当前实际扭矩，输出扭矩估计值和扰动估计值。P反馈控制模块，根据获取的目标扭矩和扭矩估计值，输出油门开度反馈控制量，与扩张状态观测器模块输出的扰动估计值进行实时补偿后与油门开度前馈控制量求和，输出调控目标油门开度。完成基于扰动补偿对发动机台架扭矩控制。

以下对各个模块进行详细描述，主要包括：

MAP前馈控制模块，其用于根据目标转速和目标扭矩(采用双线性插值的方式)得到初始目标油门开度，作为油门开度的前馈控制量u_ff

累积观测器模块，其根据扭矩的跟踪精度，结合工况点在全工况平面内的分布情况，具体表现为在由转速、扭矩和油门开度构成的三维坐标中，挑选出合适的工况点输出。

MAP自学习模块，主要对以下内容进行更新及修正：

其一根据累积观测器模块输出的输入-输出数据对(一般采用目标油门开度和实际转速作为输入，实际扭矩作为输出的输入-输出数据对)，采用最小二乘的方法计算出对应的MAP节点，对MAP进行求逆运算，输出至MAP前馈控制单元，更新前馈MAP节点处的油门开度。

其二修正MAP前馈控制模块中扭矩与油门在给定转速下呈非单调变化的节点。

其三修正扭矩对油门的变化率超过发动机相应能力的节点。

ADRC反馈控制模块，其用于输出油门的反馈控制量u_fb，其包括：

扩张状态观测器模块，其基于初始油门开度和发动机当前实际扭矩，以替换发动机扭矩的物理模型，借此观测发动机扭矩的估计值和系统所受的来自内外部的总扰动，以输出扭矩估计值和扰动估计值；

P反馈控制模块，其将所述扩张状态观测器模块输出的扰动估计值进行实时补偿。

本公开实施例基于MAP自学习和扰动补偿的发动机台架扭矩控制方法包括：

步骤A：利用MAP前馈控制单元获取油门开度的前馈控制分量；

该步骤A进一步包括：

子步骤A1：生成前馈控制MAP。

图4为本公开实施例基于发动机外特性生成基础前馈MAP的流程图，如图4所示，步骤A中MAP前馈控制模块的生成，主要包括以下步骤：

子分步骤A1a：根据发动机的最大扭矩、最大转速等参数，产生合适的MAP节点。具体算法如下：

设发动机的最大转速为rpm_max，最大扭矩为T_max，将转速按500rpm的间隔，扭矩按30N.m的间隔，相邻的四个节点构成的矩形定义为一个block，则得到如图3所示的节点分布示意图，图3为本公开实施例MAP节点及block划分示意图。

其中，横坐标转速的坐标点序列为：

纵坐标扭矩的坐标点序列为：

[A]为对数值A进行向下取整运算。

子分步骤A1b：输入发动机的外特性曲线，具体算法如下：

图5为本公开实施例发动机外特性示意图，如图5所示，从发动机台架控制上位机可以通过CAN通讯得到发动机的外特性曲线，即节气门全开(100％)时，记为Torque_max。

子分步骤A1c：计算其他节气门开度下，发动机扭矩随转速的变化曲线，具体算法如下：

按10％的步长，将节气门开度从0％到100％分为11个等级，x％节气门开度下的扭矩按公式(1)计算，其中x＝(0，10,20…100)；

子分步骤A1d：将上述扭矩曲线由节气门度映射到油门开度，具体算法如下：

由于在发动机-测功机台架中，控制输入为油门开度，而非节气门开度。因此，需要将节气门开度转换为油门开度。依据公式(2)和(3)可得出，在一般的发动机中，可将油门与节气门视为一一对应的关系，由此可将各个节气门开度下，扭矩随转速的变化曲线直接视为对应油门开度下的扭矩曲线。

子分步骤A1e：基于获得的各个油门开度下的扭矩曲线，生成基础前馈MAP。

基于子步骤A1获得的MAP，求逆后采用线性插值的方式(the modeling andcontrol of internal combustion engine，)，得到子分步骤A1a中的所有节点对应的油门开度值。

至此MAP前馈控制模块生成。

子步骤A2：根据所述台架控制上位机输出的目标扭矩和目标转速，通过在MAP前馈控制模块中，查询前馈控制MAP表，得到油门开度的前馈控制分量，作为初始目标油门开度输入至发动机控制器，发动机输出实际扭矩和实际转速；

步骤B：利用ADRC反馈控制单元，接收步骤A中输出的初始目标油门开度和实际扭矩，采用主动抗扰控制ADRC方法计算得到油门开度反馈控制量，结合油门开度前馈控制量，对步骤A输出的初始目标油门开度数据进行更新，进而发动机输出更新后的实际扭矩和实际转速；

该步骤B进一步包括：

子步骤B1：基于从台架控制上位机读取的目标扭矩和目标转速，采用双线性插值的方式，从MAP前馈控制模块中计算得到油门开度前馈控制量u_ff。

子步骤B2：加上P反馈控制模块产生的油门开度反馈控制量u_o。反馈控制和扰动补偿算法，具体算法如下：

子分步骤B2a：建立发动机的扭矩模型，具体算法如下：

将油门u和扭矩Te之间的动态关系视为含有总扰动f的一阶线性系统，将其表示成如下含有总扰动f的积分器形式：

式(4)中，f包括：内外部随机干扰，以及其他所有未知动态，b0为与系统相关的物性系数。

子分步骤B2b：设计发动机扭矩的扩张状态观测器模块，具体算法如下：

依据式(4)，采用扩张状态观测器模块的方法，对f进行在线估计。为此，我们首先将(4)转换为状态空间形式：

式(5)和式(6)中，x2＝f是一个扩张状态，h＝f为一个未知状态，

基于上式，可以构造出一个扩张状态观测器模块的形式：

式(7)中，L为待标定的观测器增益矩阵，

z＝[z1，z2]T为被估计状态，这里称ωo为观测器带宽

子分步骤B2c：反馈控制和扰动补偿算法，具体算法如下：

z2是通过实时估计获得的式(4)中f的估计值，通过使用控制律，u_fb＝(-z₂+u₀)/b₀，可以将式(4)近似转化为积分器

该式可以很容易由一个比例控制器控制，如式(8)所示：

u₀＝K_p·(r-z₁) (8)

式(8)中，r是设定值，Kp是待标定的比例系数，Kp＝ωc，z1是x1，即y的估计，ωc为控制器带宽。

至此基于ADRC的发动机扭矩反馈控制器设计完成。

子步骤B3：在P反馈控制模块的油门开度反馈控制量u_o的基础上减去扰动估计值z₂，得到油门开度反馈控制量u_fb。

子步骤B4：将油门开度前馈控制量u_ff和油门开度反馈控制量u_fb相加后，作用于发动机，并实时采集发动机的扭矩转速值。

至此综合油门控制量产生。

步骤C：利用MAP自学习控制单元对MAP前馈控制单元进行修正和更新。步骤C中关于MAP前馈控制模块的在线学习与修正。由于步骤A1b生成的初始扭矩MAP仅仅利用了发动机的外特性数据，且假定了节气门开度和油门开度一一对应，但实际发动机中，会存在偏差，需要对基础MAP进行在线学习和修正。具体的步骤如下：

该步骤C进一步包括：

子步骤C1：采集步骤B输出的实际扭矩、实际转速和目标油门开度；

子步骤C2：将子步骤C1采集的实际扭矩与目标扭矩行对比，根据跟踪控制效果，取出若干输入-输出数据对(以目标油门开度和实际转速作为输入，以实际扭矩作为输出)，

子步骤C3：以由转速、扭矩和油门开度构成的三维坐标的形式进行存储；

子步骤C4：调取子步骤C2提取出的若干组输入-输出数据对，通过最小二乘法计算输出对应的MAP节点，再对MAP节点进行求逆运算，输出至MAP前馈控制单元，对油门开度前馈控制量进行修正和更新。

其中，子步骤C4中进一步包括以下步骤，图6为MAP前馈控制模块的自更新流程图，如图6所示，具体算法如下：

子分步骤C4a：采集当前的发动机扭矩、转速和油门开度。

子分步骤C4b：计算扭矩控制的控制误差。

其中，T_act为发动机的实际扭矩，T_aim为发动机的目标扭矩，e表示扭矩控制相对误差。

子分步骤C4c：当e＜1％时，计算当前工况点与上一个存入同一block里的工况点距离。当e之1％时，返回子分步骤C4a。

并且定义：

L_m＝min((rpm_{block_max}-rpm_{block_min})，(T_{block_max}-T_{block_min}))；(11)

其中，rpm_new和T_new为当前采集的发动机的转速和扭矩；rpm_last和T_last为上一个存入与该当前工况点在同一个block里的工况点的扭矩和转速值。

子分步骤C4d：当

时，将当前工况点的数据存入对应的block的数据组里。当

时，返回子分步骤C4a。

子分步骤C4e：当Num_k≥4，利用最小二乘法，更新block对应的四个节点处的油门开度值点作为前馈控制MAP更新的点，并做求逆运算。当Num_k＜4时，返回子分步骤C4a。

最后将采集的工况点处的油门开度视为y，将待更新的节点的油门开度值作为估计参数θ，采用最小二乘的方法(the modeling and control of internal combustionengine)对节点处的油门开度进行估计。

再将估计出的油门开度进行检验和修正，具体修正公式如下：

在给定转速下，如果出现扭矩T₁＞T₂，而油门u₁≤u₂；则令

u₁＝K₀*u₂， (12)

其中，K₀＞1，为用户自定义的常数。

至此MAP前馈控制模块的自更新完成。

当然，根据实际需要，本公开显示装置的制备方法还包含其他的工艺和步骤，由于同本公开的创新之处无关，此处不再赘述。

当然，上述硬件结构还应当包含电源模块(图未示)等功能模块，这些是本领域内的一般技术人员可以理解的，本领域内一般技术人员也可以根据功能的需要，添加相应的功能模块，在此不作赘述。

至此，本公开实施例介绍完毕。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开MAP自学习和扰动补偿的扭矩控制系统及其方法有了清楚的认识。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的启示一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本公开也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本公开的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本公开的最佳实施方式。

本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本公开实施例的相关设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于MAP自学习和扰动补偿的扭矩控制系统，用于对由发动机和测功机构成的台架系统进行扭矩控制，其中

所述台架系统中发动机与测功机通过连接轴连接，并通过连接轴上设置的传感器输出实际扭矩和实际转速至扭矩控制系统中，台架系统中还包括：台架控制上位机，其发送目标扭矩和目标转速至扭矩控制系统中；

所述扭矩控制系统包括：

MAP前馈控制单元，其包括MAP前馈控制模块；所述MAP前馈控制模块接收来自台架控制上位机发送的目标扭矩和目标转速，根据接收的目标扭矩和目标转速得到油门开度前馈控制量，作为目标油门开度输入至发动机控制器；

ADRC反馈控制单元，其分别接收来自台架控制上位机发送的目标扭矩、扭矩传感器输出的实际扭矩和目标油门开度，基于发动机实际扭矩和目标扭矩的偏差，通过总扰动进行实时观测和补偿，得到油门开度反馈控制量，对油门开度前馈控制量进行补偿；以及

MAP自学习控制单元，根据跟踪控制效果提取出若干组输入-输出数据对，基于若干组输入-输出数据对，采用最小二乘的方法对MAP节点的值进行学习拟合，再对该MAP进行求逆和修正运算，输出至MAP前馈控制模块；MAP自学习控制单元还采集目标油门开度、实际扭矩和实际转速，根据控制效果选择数据对并将其输出至MAP前馈控制模块，以对MAP前馈控制单元进行修正和更新。

2.根据权利要求1所述的扭矩控制系统，其中：

所述ADRC反馈控制单元包括：扩张状态观测器模块，其采集实际扭矩和目标油门开度，对发动机总扰动进行估计，输出扰动估计值，对油门开度前馈控制量进行补偿；以及

所述扩张状态观测器模块还对发动机扭矩扰动进行估计，输出扭矩估计值。

3.根据权利要求2所述的扭矩控制系统，其中，所述ADRC反馈控制单元还包括：

P反馈控制器模块，其采集目标扭矩和扭矩估计值，输出P反馈控制器模块的油门开度反馈控制量，所述扩张状态观测器模块输出的扰动估计值对P反馈控制器模块的油门开度反馈控制量补偿后，输出油门开度反馈控制量，所述油门开度反馈控制量与油门开度前馈控制量求和后，输出更新后的目标油门开度。

4.根据权利要求1所述的扭矩控制系统，其中，所述MAP自学习控制单元包括：

累积观测器模块；采集输入的目标油门开度数据、输出的实际扭矩数据和输出的实际转速的数据进行比对，根据跟踪控制效果提取出若干组输入-输出数据对，所述输入-输出数据对，以由扭矩、转速和油门开度构成的三维坐标的形式存储；

MAP自学习模块；调取累积观测器模块提取出的若干组输入-输出数据对，通过最小二乘法计算输出对应的MAP节点，再对MAP进行求逆运算，输出至MAP前馈控制单元，对油门开度前馈控制量进行修正和更新。

5.一种发动机台架扭矩控制方法，其包括：

步骤A：利用MAP前馈控制单元获取油门开度的前馈控制分量；根据台架控制上位机输出的目标扭矩和目标转速，查询前馈控制MAP表，得到油门开度的前馈控制分量，作为目标油门开度输入至发动机控制器，发动机输出实际扭矩和实际转速；

步骤B：利用ADRC反馈控制单元，接收步骤A中输出的目标油门开度和实际扭矩，采用主动抗扰控制ADRC方法计算得到油门开度反馈控制量，结合油门开度前馈控制量，对步骤A输出的目标油门开度数据进行更新，进而发动机输出更新后的实际扭矩和实际转速；以及

步骤C：利用MAP自学习控制单元对MAP前馈控制单元进行修正和更新，所述步骤C包括：

子步骤C1：采集步骤B输出的实际扭矩、实际转速和目标油门开度；

子步骤C2：将子步骤C1采集的实际扭矩与目标扭矩行对比，根据跟踪控制效果，取出若干输入-输出数据对；

子步骤C3：以由转速、扭矩和油门开度构成的三维坐标的形式进行存储；以及

子步骤C4：调取子步骤C2提取出的若干组输入-输出数据对，通过最小二乘法计算输出对应的MAP节点，再对MAP进行求逆运算，输出至MAP前馈控制单元，对油门开度前馈控制量进行修正和更新。

6.根据权利要求5所述的发动机台架扭矩控制方法，所述步骤A还包括：

子步骤A1：生成前馈控制MAP；以及

子步骤A2：根据台架控制上位机输出的目标扭矩和目标转速，通过在MAP前馈控制模块中，查询前馈控制MAP表，得到油门开度的前馈控制分量，作为初始目标油门开度输入至发动机控制器，发动机输出实际扭矩和实际转速。

7.根据权利要求6所述的发动机台架扭矩控制方法，所述步骤A1还包括：

子分步骤A1a：根据发动机的最大扭矩、最大转速等参数，产生合适的MAP节点；

子分步骤A1b：输入发动机的外特性曲线；

子分步骤A1c：计算其他节气门开度下，发动机扭矩随转速的变化曲线；

子分步骤A1d：将上述扭矩曲线由节气门度映射到油门开度；以及

子分步骤A1e：基于获得的各个油门开度下的扭矩曲线，生成基础前馈控制MAP。

8.根据权利要求5所述的发动机台架扭矩控制方法，所述步骤B还包括：

子步骤B1：基于从台架控制上位机读取的目标扭矩和目标转速，采用双线性插值的方式，从MAP前馈控制模块中计算得到油门开度前馈控制量u_ff；

子步骤B2：加上P反馈控制模块产生的油门开度反馈控制量；

子步骤B3：在P反馈控制模块的油门开度反馈控制量的基础上减去扰动估计值，得到油门开度反馈控制量；以及

子步骤B4：将油门开度前馈控制量和油门开度反馈控制量相加后，作用于发动机，并实时采集发动机的扭矩转速值。

9.根据权利要求5所述的发动机台架扭矩控制方法，子步骤C4包括：

子分步骤C4a：采集步骤B输出的实际扭矩、实际转速和目标油门开度；

子分步骤C4b：计算扭矩控制的控制误差；

子分步骤C4c：计算当前工况点与上一个存入同一block里的工况点距离；

子分步骤C4d：将当前工况点的数据存入对应的block的数据组里；以及

子分步骤C4e：利用最小二乘法，更新block对应的四个节点处的油门开度值点作为前馈控制MAP更新的点，并做求逆运算。

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