CN114483289A - 一种基于模糊算法优化的柴油机补气系统及其补气方法 - Google Patents

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张帝
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Abstract

本发明公开了一种基于模糊算法优化的柴油机补气系统，包括：增压空气压力采集器、齿条位置信号采集器、控制处理器；所述增压空气压力采集与所述控制处理器电路连接，用于采集增压空气压力值；所述齿条位置信号采集器与所述控制处理器电路连接，用于采集柴油机燃油齿条的齿条位置；所述控制处理器与补气电磁阀电路连接，所述控制处理器基于增压空气压力值、齿条位置，通过模糊算法形成控制补气电磁阀通断的控制信号。本发明可提高柴油机突加负载瞬间的增压器转速，加速提高进入气缸的空气压力，改善缸内燃烧环境，降低柴油机产生的黑烟，在提高柴油机工作性能的同时实现环保的目的。

Description

一种基于模糊算法优化的柴油机补气系统及其补气方法
技术领域
本发明涉及船舶补气控制技术领域，具体涉及一种基于模糊算法优化的柴油机补气系统及其补气方法。
背景技术
船用柴油机通常使用增压、中冷技术提高进入气缸的空气密度，以提高柴油机的性能。涡轮增压技术利用柴油机排出的废气惯性冲力来推动增压器涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送空气，使之增压进入柴油机气缸。当柴油机负载增加，会燃烧更多的燃油，其废气排出量也会随之增加，涡轮转速也同步增快，叶轮就会压缩更多的空气进入气缸，故在增压器与柴油机匹配时，在任何负载均能获得较佳的空气-燃油比例。然而，在柴油机出现负载突然增加的瞬间，废气量增加会存在一定的滞后，其废气量增长速度会小于燃油喷射量的增长速度，造成在较短的时间内空气-燃油的比例不佳，部分喷入气缸的燃油无法充分燃烧，产生大量的黑烟。
发明内容
本发明提供了一种基于模糊算法优化的柴油机补气系统及其补气方法，以解决现有技术中涡轮增压技术在柴油机负载突加瞬间空气压力增加滞后的问题。
本发明提供了一种基于模糊算法优化的柴油机补气系统，包括：增压空气压力采集器、齿条位置信号采集器、控制处理器；
所述增压空气压力采集与所述控制处理器电路连接，用于采集增压空气压力值；
所述齿条位置信号采集器与所述控制处理器电路连接，用于采集柴油机燃油齿条的齿条位置；
所述控制处理器与补气电磁阀电路连接，所述控制处理器基于增压空气压力值、齿条位置，通过模糊算法形成控制补气电磁阀通断的控制信号。
进一步地，所述控制处理器为PLC控制器。
本发明还提供了一种基于模糊算法优化的柴油机补气系统的补气方法，包括如下步骤：
步骤1：设置增压空气压力值的论域、齿条位置的论域、补气持续时间的论域；
步骤2：将增压空气压力值、齿条位置作为模糊算法控制器的输入量，将补气持续时间作为模糊算法控制器的输出量，构建模糊控制模型；
步骤3：将实时获取的增压空气压力值、齿条位置输入进模糊控制模型，获取补气持续时间，通过补气持续时间控制补气电磁阀通断。
进一步地，所述步骤1中，增压空气压力值的论域为[0，20]，对应增压空气压力值的0-20bar，语句集为[小，中，大]；
齿条位置的论域为[0，100]，对应齿条位置采集器变化量的0-100％，语句集为[小，中，大]；
补气持续时间的论域为[1，8]，对补气持续时间的1-8s，语句集为[极短，短，中，长，极长]。
进一步地，所述步骤2中，构建的模糊控制模型的规则为：
当齿条位置变化量为小，增压空气压力值变化量为小时，补气持续时间为极短；
当齿条位置变化量为小，增压空气压力值变化量为中时，补气持续时间为短；
当齿条位置变化量为小，增压空气压力值变化量为大时，补气持续时间为中；
当齿条位置变化量为中，增压空气压力值变化量为小时，补气持续时间为短；
当齿条位置变化量为中，增压空气压力值变化量为中时，补气持续时间为中；
当齿条位置变化量为中，增压空气压力值变化量为大时，补气持续时间为长；
当齿条位置变化量为大，增压空气压力值变化量为小时，补气持续时间为中；
当齿条位置变化量为大，增压空气压力值变化量为中时，补气持续时间为长；
当齿条位置变化量为大，增压空气压力值变化量为大时，补气持续时间为极长。
进一步地，所述步骤3中通过重心法进行解模糊，获取补气持续时间。
本发明的有益效果：
本发明可提高柴油机突加负载瞬间的增压器转速，加速提高进入气缸的空气压力，改善缸内燃烧环境，降低柴油机产生的黑烟，在提高柴油机工作性能的同时实现环保的目的。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明具体实施例的结构示意图；
图2为本发明具体实施例中增压空气压力值论域示意图；
图3为本发明具体实施例中齿条位置论域示意图；
图4为本发明具体实施例中补气持续时间论域示意图；
图5为本发明具体实施例中通过重心法进行解模糊的三维曲面示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明具体实施例一种基于模糊算法优化的柴油机补气系统，包括：增压空气压力采集器、齿条位置信号采集器、控制处理器，其中控制处理器为PLC控制器；
增压空气压力采集与控制处理器电路连接，用于采集增压空气压力值；
齿条位置信号采集器与控制处理器电路连接，用于采集柴油机燃油齿条的齿条位置；
控制处理器与补气电磁阀电路连接，控制处理器基于增压空气压力值、齿条位置，通过模糊算法形成控制补气电磁阀通断的控制信号。
其中，齿条位置信号采集器将柴油机燃油齿条的实际位置转变为电信号反馈给PLC控制器；增压空气压力采集器将增压空气值反馈给PLC控制器；PLC控制器基于模糊算法得补气所需的持续时间，并送出开阀及关阀信号至补气电磁阀；补气电磁阀根据PLC控制器提供的控制信号打开或关闭；补气管路可在补气电磁阀开启时将压缩空气送入增压器涡轮端。
本发明PLC控制器的设计及其算法对系统工作起到决定性作用。由于该补气系统控制器需要根据柴油机负载突增量来打开补气电磁阀，并通过打开时间来控制补气持续时间，通过压缩空气作用于增压器，再通过增压器转速提高来提高进入气缸的增压空气压力。其是一个多层级间接作用的过程，且很难建立一个明确的数学模型。故本发明采用了模糊算法来控制补气持续时间，以获得最佳的补气效果。
本发明具体实施例还提供了一种基于模糊算法优化的柴油机补气系统的补气方法，包括如下步骤：
步骤1：设增压器负载富余量(Ps.)的论域为[0,20]，其对应增压空气压力余量0-2bar；语句集为[小，中，大]；其隶属函及子集分布如图2所示；
设瞬间齿条突加量(Ic.)的论域为[0,100]，其对应齿条位置信号采集器变化量0-100％；语句集为[小，中，大]；其隶属函及子集分布如图3所示；
设补气持续时间(Jt.)的论域为[1,8]，其对应补气持续时间1-8秒；语句集为[极短，短，中，长，极长]。其隶属函及子集分布如图4所示；
步骤2：将增压空气压力值、齿条位置作为模糊算法控制器的输入量，将补气持续时间作为模糊算法控制器的输出量，构建模糊控制模型；
根据经验，所允许的补气时间受到柴油机瞬间负载增加量及当前增压器负载状态影响。故设瞬间齿条突加量(Ic.)以反映负载增加情况，设增压器负载富余量(Ps.)以反映增压器负载情况。将该两个变量作为模糊控制器的输入量，将补气持续时间(Jt.)作为模糊控制器输出量，建立模糊控制模型；
在确立了模糊控制输入输出模糊子集后，还需建立模糊控制规则。本发明具体实施例设计的主要规则如下：
“瞬间齿条突加量很大，增压器负载富裕量很大，补气时间最长”
“瞬间齿条突加量中等，增压器负载富裕量中等，补气时间中等”
“瞬间齿条突加量很小，增压器负载富裕量很小，补气时间最短”
在以上三条模糊规则的基础之上，对输入量进行自由组合搭配，可以确立九条模糊控制规则，如下表1所示，以获得最终的补气持续时间：
Figure BDA0003423342380000051
表1
具体为：当齿条位置变化量为小，增压空气压力值变化量为小时，补气持续时间为极短；
当齿条位置变化量为小，增压空气压力值变化量为中时，补气持续时间为短；
当齿条位置变化量为小，增压空气压力值变化量为大时，补气持续时间为中；
当齿条位置变化量为中，增压空气压力值变化量为小时，补气持续时间为短；
当齿条位置变化量为中，增压空气压力值变化量为中时，补气持续时间为中；
当齿条位置变化量为中，增压空气压力值变化量为大时，补气持续时间为长；
当齿条位置变化量为大，增压空气压力值变化量为小时，补气持续时间为中；
当齿条位置变化量为大，增压空气压力值变化量为中时，补气持续时间为长；
当齿条位置变化量为大，增压空气压力值变化量为大时，补气持续时间为极长；
步骤3：将实时获取的增压空气压力值、齿条位置输入进模糊控制模型，通过重心法进行解模糊，如图5所述，获取补气持续时间，通过补气持续时间控制补气电磁阀通断；
基于模糊算法优化的柴油机补气系统最终执行的补气持续时间即通过上述模糊算法来得到，其能够根据柴油机负载突加情况及增压器负载情况，在1-8秒范围内自动调整补气持续时间控，从而使得补气系统工作达到最优效果。
控制系统采用PLC对系统检测的各输入信号进行处理,并借助于模糊算法来完成对补气电磁阀的精准控制。最终提高柴油机负载突加瞬间的增压空气压力，改善柴油机的负载突加性能，降低产生的黑烟。

Claims (6)

1.一种基于模糊算法优化的柴油机补气系统，其特征在于，包括：增压空气压力采集器、齿条位置信号采集器、控制处理器；
所述增压空气压力采集与所述控制处理器电路连接，用于采集增压空气压力值；
所述齿条位置信号采集器与所述控制处理器电路连接，用于采集柴油机燃油齿条的齿条位置；
所述控制处理器与补气电磁阀电路连接，所述控制处理器基于增压空气压力值、齿条位置，通过模糊算法形成控制补气电磁阀通断的控制信号。
2.如权利要求1所述的基于模糊算法优化的柴油机补气系统，其特征在于，所述控制处理器为PLC控制器。
3.一种如权利要求1或2所述的基于模糊算法优化的柴油机补气系统的补气方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：设置增压空气压力值的论域、齿条位置的论域、补气持续时间的论域；
步骤2：将增压空气压力值、齿条位置作为模糊算法控制器的输入量，将补气持续时间作为模糊算法控制器的输出量，构建模糊控制模型；
步骤3：将实时获取的增压空气压力值、齿条位置输入进模糊控制模型，获取补气持续时间，通过补气持续时间控制补气电磁阀通断。
4.如权利要求3所述的基于模糊算法优化的柴油机补气系统的补气方法，其特征在于，所述步骤1中，增压空气压力值的论域为[0，20]，对应增压空气压力值的0-20bar，语句集为[小，中，大]；
齿条位置的论域为[0，100]，对应齿条位置采集器变化量的0-100％，语句集为[小，中，大]；
补气持续时间的论域为[1，8]，对补气持续时间的1-8s，语句集为[极短，短，中，长，极长]。
5.如权利要求3所述的基于模糊算法优化的柴油机补气系统的补气方法，其特征在于，所述步骤2中，构建的模糊控制模型的规则为：
当齿条位置变化量为小，增压空气压力值变化量为小时，补气持续时间为极短；
当齿条位置变化量为小，增压空气压力值变化量为中时，补气持续时间为短；
当齿条位置变化量为小，增压空气压力值变化量为大时，补气持续时间为中；
当齿条位置变化量为中，增压空气压力值变化量为小时，补气持续时间为短；
当齿条位置变化量为中，增压空气压力值变化量为中时，补气持续时间为中；
当齿条位置变化量为中，增压空气压力值变化量为大时，补气持续时间为长；
当齿条位置变化量为大，增压空气压力值变化量为小时，补气持续时间为中；
当齿条位置变化量为大，增压空气压力值变化量为中时，补气持续时间为长；
当齿条位置变化量为大，增压空气压力值变化量为大时，补气持续时间为极长。
6.如权利要求3所述的基于模糊算法优化的柴油机补气系统的补气方法，其特征在于，所述步骤3中通过重心法进行解模糊，获取补气持续时间。
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