CN108445741A - 氮氧传感器多闭环解耦控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及氮氧传感器的技术领域，尤其涉及一种氮氧传感器多闭环解耦控制系统。这种氮氧传感器多闭环解耦控制系统包括三路模糊控制器和被控对象，模糊控制器的输出连接被控对象，模糊控制器包括基本控制器和模糊前馈解耦控制器，基本控制器和模糊前馈解耦控制器的信号叠加形成被控对象的控制输入信号。这种氮氧传感器多闭环解耦控制系统通过三路模糊控制器，使用模糊前馈解耦控制器对被控对象的多个Nernst电压进行解耦控制，使其能长期工作在稳定状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种氮氧传感器的技术领域，尤其涉及一种氮氧传感器多闭环解耦控制系统。
背景技术
随着世界经济的高速发展，人均收入不断提高，各国汽车保有量一直持续上升。汽车工业的发展虽极大程度上促进了人类社会的进步，但受其动力来源的限制，也很大程度上加剧了环境污染和能源短缺。随着国五国六和欧洲最新排放标准的出台，传统的车用氧传感器只能完成标准要求的氧测量功能，却无法完成废气中氮氧化物的检测要求。而氮氧化物的检测传感器又长期受国外大公司技术封锁。由此，我国急需自主研制氮氧传感器，用以检测汽车尾气中氮氧化物的浓度，可提高发动机燃烧性能，同时极大减少有害气体的排放。由于氮氧传感器的原理十分复杂，控制过程存在极强的耦合性，而且国内研究多停留在加热器和单泵控制上，故针对该传感器的多腔室结构，需要设计一种氮氧传感器多闭环解耦控制系统，来完成快速解耦的控制过程，使其能稳定、高精度地工作。
发明内容
本发明旨在解决上述缺陷，提供一种氮氧传感器多闭环解耦控制系统。
为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种氮氧传感器多闭环解耦控制系统包括三路模糊控制器和被控对象，模糊控制器的输出连接被控对象，模糊控制器包括基本控制器和模糊前馈解耦控制器，基本控制器和模糊前馈解耦控制器的信号叠加形成被控对象的控制输入信号。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述模糊前馈解耦控制器的前端连接输入量Di和Di-1，基本控制器的前端连接自适应动态调整的输入量设定值Pi，模糊前馈解耦控制器的输出量ui，基本控制器的输出补偿解耦信号βi，ui和βi合成为Ui作为被控对象的输入，经过被控对象处理输出Pi(t)。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述基本控制器前端的输入量设定值Pi与被控对象处理输出的Pi(t) 分别为通道i的被控量设定值和t时刻实际测量值，同样，取Pi+1 、Pi+1(t) 分别为相邻的(i+1)通道的被控量设定值和t时刻实际测量值。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述模糊前馈解耦控制器的前端连接输入量Di和Di-1的数学表达式如下：
Di= ( Pi+1- Pi ) - (Pi+1(t)- Pi(t)) = ei+1 – ei；
Di -1 = (Pi -Pi -1) - (Pi(t) -Pi -1(t)) = ei– ei-1 ；
Di和Di -1反映了相邻通道对主通道i的耦合作用，作为i通道模糊前馈解耦控制器的输入。Di和Di–1同样也反映了相邻通道被控量的波动。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述被控对象的控制量Ui由输出为补偿解耦信号βi与基本控制器的输出信号ui叠加，即Ui =ui+βi，其中βi = F(Di ,Di -1)。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述使用PID调节设定值并输出ui。
本发明的有益效果是：这种氮氧传感器多闭环解耦控制系统通过三路模糊控制器，使用模糊前馈解耦控制器对被控对象的多个Nernst电压进行解耦控制，使其能长期工作在稳定状态。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是所使用的控制解耦控制系统的结构示意图；
图2是本发明中解耦控制器的内部实现的结构示意图；
图3是本发明所用的氮氧传感器内部结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合：
如图3所示的氮氧传感器的内部结构图，V0、V1和V2为三路Nernst电压，Vp0、Vp1和Vp2为泵电压，Vp0、Vp1和Vp2用于泵入泵出气腔中的氧气，并通过参数辨识，建立这三者与氧气、氮氧化物浓度的关系曲线，故可结合起来测量相应气体在尾气的浓度。由于P+所处的第一腔室和M1、M2所处的第二腔室有一道隙缝连通，故两个腔室之间存在耦合关系，即第一腔室中气氛的变化会极大影响第二腔室的状态，而第二腔室的气氛变化也会影响第一腔室状态。
如图1所示的这种氮氧传感器多闭环解耦控制系统，图中包括三路模糊控制器和被控对象，模糊控制器的输出连接被控对象，模糊控制器包括基本控制器和模糊前馈解耦控制器。
图2是本发明中解耦控制器的内部结构图，基本控制器和模糊前馈解耦控制器的信号叠加形成被控对象的控制输入信号。
模糊前馈解耦控制器的前端连接输入量Di和Di-1，基本控制器的前端连接自适应动态调整的输入量设定值Pi，模糊前馈解耦控制器的输出量ui，基本控制器的输出补偿解耦信号βi，ui和βi合成为Ui作为被控对象的输入，经过被控对象处理输出Pi(t)。
基本控制器前端的输入量设定值Pi与被控对象处理输出的Pi(t) 分别为通道i的被控量设定值和t时刻实际测量值，同样，取Pi+1 、Pi+1(t) 分别为相邻的(i+1)通道的被控量设定值和t时刻实际测量值。
模糊前馈解耦控制器的前端连接输入量Di和Di-1的数学表达式如下：
Di= ( Pi+1- Pi ) - (Pi+1(t)- Pi(t)) = ei+1 – ei；
Di -1 = (Pi -Pi -1) - (Pi(t) -Pi -1(t)) = ei– ei-1 ；
Di和Di -1反映了相邻通道对主通道i的耦合作用，作为i通道模糊前馈解耦控制器的输入。Di和Di–1同样也反映了相邻通道被控量的波动。
被控对象的控制量Ui由输出为补偿解耦信号βi与基本控制器的输出信号ui叠加，即Ui =ui+βi，其中βi = F(Di ,Di -1)。
基本控制器使用PID调节设定值并输出ui。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种氮氧传感器多闭环解耦控制系统，包括三路模糊控制器和被控对象，其特征在于：所述模糊控制器的输出连接被控对象，模糊控制器包括基本控制器和模糊前馈解耦控制器，基本控制器和模糊前馈解耦控制器的信号叠加形成被控对象的控制输入信号。
2.如权利要求1所述的氮氧传感器多闭环解耦控制系统，其特征在于：所述模糊前馈解耦控制器的前端连接输入量Di和Di-1，基本控制器的前端连接自适应动态调整的输入量设定值Pi，模糊前馈解耦控制器的输出量ui，基本控制器的输出补偿解耦信号βi，ui和βi合成为Ui作为被控对象的输入，经过被控对象处理输出Pi(t)。
3.如权利要求2所述的氮氧传感器多闭环解耦控制系统，其特征在于：所述基本控制器前端的输入量设定值Pi与被控对象处理输出的Pi(t) 分别为通道i的被控量设定值和t时刻实际测量值，同样，取Pi+1 、Pi+1(t) 分别为相邻的(i+1)通道的被控量设定值和t时刻实际测量值。
4.如权利要求2所述的氮氧传感器多闭环解耦控制系统，其特征在于：所述模糊前馈解耦控制器的前端连接输入量Di和Di-1的数学表达式如下：
Di= ( Pi+1- Pi ) - (Pi+1(t)- Pi(t)) = ei+1 – ei；
Di -1 = (Pi -Pi -1) - (Pi(t) -Pi -1(t)) = ei– ei-1 ；
Di和Di -1反映了相邻通道对主通道i的耦合作用，作为i通道模糊前馈解耦控制器的输入。Di和Di–1同样也反映了相邻通道被控量的波动。
5.如权利要求2所述的氮氧传感器多闭环解耦控制系统，其特征在于：所述被控对象的控制量Ui由输出为补偿解耦信号βi与基本控制器的输出信号ui叠加，即Ui =ui+βi，其中βi =F(Di ,Di -1)。
6.如权利要求1所述的氮氧传感器多闭环解耦控制系统，其特征在于：所述基本控制器使用PID调节设定值并输出ui。
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