CN109209604A - 一种电控硅油风扇积分抗饱和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电控硅油风扇积分抗饱和控制方法，包括：基于风扇设定转速、风扇实际转速以及PID控制器的当前积分参数值判断当前风扇是否处于完全结合工况或完全分开工况，所述完全结合状态为由完全结合到半结合的过渡状态，所述积分参数值表征积分控制器对风扇设定转速与风扇实际转速之间的偏差的上一周期的积分值；在确定当前风扇处于完全结合工况或者完全分开工况的情况下，对当前积分参数进行抗饱和处理。本发明的电控硅油风扇积分抗饱和控制方法能够基于风扇状态判断电控风扇是否处于完全结合工况和完全分开工况，对电控风扇完全结合和完全分开两个容易出现积分饱和的工况积分参量抗饱和处理，从而能够保证风扇转速的精确控制。

Description

一种电控硅油风扇积分抗饱和控制方法

技术领域

本发明涉及一种积分抗饱和控制方法，具体涉及一种电控硅油风扇积分抗饱和控制方法。

背景技术

电控硅油风扇使用硅油作为介质，利用硅油高粘度的特性传递扭矩，通过发动机曲轴带动风扇运转来冷却发动机及空调冷凝器。电控硅油风扇的控制原理是依据不同的设定转速来调节硅油风扇离合器从动板上进油孔的开度，进油孔的开度越大，进入离合器工作腔硅油越多，风扇转速也就越高，直至与风扇离合器输入轴转速相同，这种现象被称为完全结合；而进油孔的开度越小，在离心力的作用下，当硅油经回油孔从工作腔返回储油腔的流量大于进入离合器工作腔硅油时，风扇转速也就越低，直至进油孔完全关闭，离合器完全分离，风扇转速将变得很低，这种现象被称为完全分开。

整车控制器依据采集到的发动机水温，发动机进气温度，空调工作状态等信息计算出设定风扇转速，然后采用PID控制算法得到PWM输出信号(周期固定，改变占空比)来控制进油孔的开度变化，从而实现对电控硅油风扇转速的控制。

然而，由于电控硅油风扇的机械特性，即使进油孔完全关闭，其由完全结合到半结合也需要很长时间，具体时间和硅油温度有关，并不固定。这就导致当风扇转速处于完全结合状态，而风扇设定转速低于实际转速时，PID控制器的I(积分)会一直累积到很大的数值，甚至达到饱和状态；当电控硅油风扇脱开时，由于此时积分参量已经很小了，即进油孔开度很小，积分参量没有时间调整到合理的数值，风扇实际转速会急剧跌落到很小值，远小于设定转速；而此时积分参量又会变的很大，风扇实际转速会急剧上升远大于设定转速，甚至全结合；以此反复，风扇转速波动很大，无法实现对风扇转速的精确控制。

此外，由于电控硅油风扇的机械特性，即使进油孔完全关闭，电控硅油风扇也会维持一个较低的转速，该值与硅油温度，输入轴转速有关。如果此时设定转速低于实际转速，积分参数会一直累积到很大的数值，直至达到饱和状态，而此时当设定转速高于实际转速时，积分参数则会累积很长时间才会恢复到合理数值，这时，实际风扇转速才能控制到与设定转速一致。

因此，亟待需要提供一种能够对电控硅油风扇的转速进行精确控制的方法。

发明内容

本发明的实施例提供一种电控硅油风扇积分抗饱和控制方法，该方法在基本PID控制算法的基础上增加了对电控风扇完全结合和完全分开两个容易出现积分饱和的工况积分参量抗饱和处理，用以保证风扇转速的精确控制。

本发明采用的技术方案为：

本发明实施例提供一种电控硅油风扇积分抗饱和控制方法，包括：

基于风扇设定转速、风扇实际转速以及PID控制器的当前积分参数值判断当前风扇是否处于完全结合工况或完全分开工况，所述完全结合状态为由完全结合到半结合的过渡状态，所述积分参数值表征积分控制器对风扇设定转速与风扇实际转速之间的偏差的上一周期的积分值；

在确定当前风扇处于完全结合工况或者完全分开工况的情况下，对当前积分参数进行抗饱和处理。

可选地，当风扇设定转速、风扇实际转速以及当前积分参数值满足如下条件时，判断当前风扇处于完全结合工况：

风扇实际转速与风扇设定转速之间的偏差在某时刻小于预设的第二偏差值，并且在该时刻之前，风扇实际转速与风扇设定转速之间的偏差曾大于过预设的第一偏差值，以及在该时刻之后，风扇实际转速与风扇设定转速之间的偏差不小于所述第二偏差值；

在预设的时间内，风扇实际转速的下降值超过预设的下降值；以及

当前积分参数值小于预设的积分参数值。

可选地，在确定当前风扇处于完全结合工况的情况下，对当前积分参数进行抗饱和处理包括：

将当前积分参数值乘以一个预设的系数，作为新的积分参数值。

可选地，当风扇设定转速、风扇实际转速以及当前积分参数值满足如下条件时，判断当前风扇处于完全分开工况：

风扇实际转速大于风扇设定转速；

风扇实际转速小于预设的转速值，所述预设的转速值表征风扇处于完全分开工况对应的风扇转速阈值；

PID控制器的输出为0。

可选地，在确定当前风扇处于完全分开工况的情况下，对当前积分参数进行抗饱和处理包括：一直将当前积分参数值设置为0。

本发明实施例提供的电控硅油风扇积分抗饱和控制方法能够基于风扇状态判断电控风扇是否处于完全结合工况和完全分开工况，对电控风扇完全结合和完全分开两个容易出现积分饱和的工况积分参量抗饱和处理，从而能够保证风扇转速的精确控制。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电控硅油风扇积分抗饱和控制方法的流程示意图；

图2是全结合到半结合的过渡状态判断示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明的技术思想在于对PID控制器的积分控制器进行处理，以使得对电控风扇完全结合和完全分开两个容易出现积分饱和的工况积分参量进行抗饱和处理，从而能够保证风扇转速的精确控制。

本发明实施例提供的电控硅油风扇积分抗饱和控制方法利用PID控制器的积分控制器进行积分操作，将风扇设定转速与风扇实际转速之间的偏差作为输入，通过积分控制器的积分控制，输出相应的输出值，然后通过控制器等比例转换成PWM占空比进行控制，以将电控风扇的转速控制在需求范围内，从而精确控制电控风扇的转速。本发明实施例使用的积分控制器的积分控制功能如下所示。

【积分控制功能】

(1)分段积分系数功能

设输入数轴上的分界点为x₁、x₂，且有x₁＞x₂，则定义积分系数K_I为：

(2)计算和限制功能

设e为误差输入，K_fct为状态左移位数，K_I为分段计算的积分系数，t为积分间隔时间，由函数调用参数给出。当t＝0时使用50ms作为默认采样时间，当t＞0使用t作为采样时间。积分算法状态参量s的迭代式为：

设y_max为输出最大限制值，y_min为输出最小限制值，则积分算法输出值y为：

(3)标定参数说明

积分控制算法的标定参数结构及其变量意义如下：

标定参数范围如下(亦可按照数组方式按列表顺序标定)：

参数名称	参数类型	最大值	最小值	参数说明
					Param_I.Ki_M	INT16_T	32767	-32768	数轴中心部分积分系数
Param_I.Ki_R	INT16_T	32767	-32768	数轴右侧部分积分系数
					Param_I.Ki_L	INT16_T	32767	-32768	数轴左侧部分积分系数
Param_I.Ki_Fct	INT16_T	16	0	系数左移位数
					Param_I.Bnd_R	INT16_T	32767	-32768	数轴右侧分界
Param_I.Bnd_L	INT16_T	32767	-32768	数轴左侧分界
					Param_I.Y_Max	INT16_T	32767	-32768	最大输出限制值
Param_I.Y_Min	INT16_T	32767	-32768	最小输出限制值

(4)调用形式说明

积分控制算法的调用形式如下：

//积分控制算法：

output＝I_Governor(inputI,sampleT,&stateI,

&paramI)；

其中，各参数意义及范围如下：

如图1所示，本发明实施例提供的电控硅油风扇积分抗饱和控制方法，包括以下步骤：

S101、基于风扇设定转速、风扇实际转速以及PID控制器的当前积分参数值判断当前风扇是否处于完全结合工况或完全分开工况，所述完全结合状态为由完全结合到半结合的过渡状态，所述当前积分参数值表征积分控制器对风扇设定转速与风扇实际转速之间的偏差的上一周期的积分值。

在该步骤中，积分参数值是利用积分控制器对风扇设定转速与风扇实际转速之间的偏差进行的积分，具体的积分控制如前述内容所述。风扇设定转速可根据实际情况来进行确定，可由整车热管理控制算法根据发动机水温、空调工作状态和缓速器工作状态计算得到。

S102、在确定当前风扇处于完全结合工况或者完全分开工况的情况下，对当前积分参数进行抗饱和处理。

进一步地，在步骤S101中，当风扇设定转速、风扇实际转速以及当前积分参数值满足如下条件时，判断当前风扇处于完全结合工况：

(1)风扇实际转速N1与风扇设定转速N2之间的偏差ΔN1在某时刻小于预设的第二偏差值N4，并且在该时刻之前，风扇实际转速与风扇设定转速之间的偏差ΔN1曾大于过预设的第一偏差值N3，以及在该时刻之后，风扇实际转速与风扇设定转速之间的偏差ΔN1不小于所述第二偏差值N4，如图2所示；其中，第一偏差值N3大于第二偏差值N4，为风扇实际转速曾与风扇设定转速存在的很大的偏差值，第二偏差值N4为在PID算法长时间控制下缓慢回到设定转速，此时积分控制器很容易出现饱和状态(即风扇曾进入过全结合工况)时的两者之间的偏差值。

(2)在预设的时间T(s)内，风扇实际转速的下降值超过预设的下降值ΔN2；

在本发明实施例中，预设的时间T(s)与电控风扇的型号有关，可根据实验结果进行确定。预设的下降值ΔN2表征风扇实际转速在预设的时间T内的下降值。

(3)当前积分参数值I2小于预设的参数值I1。

在本发明中，预设的参数值根据风扇型号进行确定，在一个示例中，可为-200。

进一步地，在确定当前风扇处于完全结合工况的情况下，对当前积分参数进行抗饱和处理包括：

将当前积分参数值I2乘以一个预设的系数P，作为新的积分参数值。

在本发明中，预设的系数P可根据风扇型号进行确定，在一个示例中，可为30％。这样，经过抗饱和处理后，积分控制器的输出值会以新的积分参数值继续进行积分计算。

进一步地，在步骤S101中，当风扇设定转速、风扇实际转速以及当前积分参数值满足如下条件时，判断当前风扇处于完全分开工况：

1)风扇实际转速N1大于风扇设定转速N2；

2)风扇实际转速N1小于预设的转速值N5，所述预设的转速值N5表征风扇处于完全分开工况对应的风扇转速阈值，可基于风扇型号确定，一般可为300-400rpm，常用为350rpm；

3)PID控制器的输出为0，即PWM输出占空比为0。

进一步地，在确定当前风扇处于完全分开工况的情况下，对当前积分参数进行抗饱和处理包括：一直将当前积分参数值I2设置为0，即关闭积分控制器的功能。

综上，本发明实施例提供的电控硅油风扇积分抗饱和控制方法在基本PID控制算法的基础上增加了对电控风扇完全结合和完全分开两个容易出现积分饱和的工况的积分参量抗饱和处理，能够保证风扇转速的精确控制。

以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种电控硅油风扇积分抗饱和控制方法，其特征在于，包括：

基于风扇设定转速、风扇实际转速以及PID控制器的当前积分参数值判断当前风扇是否处于完全结合工况或完全分开工况，所述完全结合状态为由完全结合到半结合的过渡状态，所述积分参数值表征积分控制器对风扇设定转速与风扇实际转速之间的偏差的上一周期的积分值；

在确定当前风扇处于完全结合工况或者完全分开工况的情况下，对当前积分参数进行抗饱和处理。

2.根据权利要求1所述的电控硅油风扇积分抗饱和控制方法，其特征在于，当风扇设定转速、风扇实际转速以及当前积分参数值满足如下条件时，判断当前风扇处于完全结合工况：

风扇实际转速与风扇设定转速之间的偏差在某时刻小于预设的第二偏差值，并且在该时刻之前，风扇实际转速与风扇设定转速之间的偏差曾大于过预设的第一偏差值，以及在该时刻之后，风扇实际转速与风扇设定转速之间的偏差不小于所述第二偏差值；

在预设的时间内，风扇实际转速的下降值超过预设的下降值；以及

当前积分参数值小于预设的积分参数值。

3.根据权利要求1或2所述的电控硅油风扇积分抗饱和控制方法，其特征在于，在确定当前风扇处于完全结合工况的情况下，对当前积分参数进行抗饱和处理包括：

将当前积分参数值乘以一个预设的系数，作为新的积分参数值。

4.根据权利要求1所述的电控硅油风扇积分抗饱和控制方法，其特征在于，当风扇设定转速、风扇实际转速以及当前积分参数值满足如下条件时，判断当前风扇处于完全分开工况：

风扇实际转速大于风扇设定转速；

风扇实际转速小于预设的转速值，所述预设的转速值表征风扇处于完全分开工况对应的风扇转速阈值；

PID控制器的输出为0。

5.根据权利要求1所述的电控硅油风扇积分抗饱和控制方法，其特征在于，在确定当前风扇处于完全分开工况的情况下，对当前积分参数进行抗饱和处理包括：一直将当前积分参数值设置为0。