CN115653761B - 一种油门马达自适应抗干扰控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种油门马达自适应抗干扰控制方法，包括以下步骤：测取发动机转速变化量Δz和负载变化量ΔL；计算转速变化量Δz和负载变化量ΔL的可信度二值函数，若Γ＝1，控制步进电机调节油门开度，以使转速达到调整目标；若Γ＝0，关闭步进电机控制功能；所述控制步进电机调节油门开度，本发明的油门马达自适应抗干扰控制方法，依据工程机械外部负载变化时，发动机转速变化和负载变化具有反相的特性，以此排除干扰引起的油门扰动，同时关闭步进电机对油门马达的控制，以此减小由于油门开度波动引起的机器耸动、冲击和燃油浪费；通过调整范围确定细分的大小和级数，不仅能够提升油门响应效率，而且还能够提升油门控制精度。

Description

一种油门马达自适应抗干扰控制方法

技术领域

本发明涉及油门马达领域，具体是一种油门马达自适应抗干扰控制方法。

背景技术

工程机械中的油门马达的控制精度和抗干扰能力直接关系到作业的精准度、作业效率和燃油经济性，开发自适应的节能和抗干扰策略具有重要意义。

工程机械在作业过程中存在不同来源和不同程度的扰动，这些扰动均会对油门和转速带来不可避免的干扰，比如由作业场地不平坦造成行走机构的时变阻力而引起的发动机油门开度波动、驾驶员操作油门不稳引起的油门开合抖动、油门机构松动或振动引起的油门开度以类固定频率开合等。油门扰动开合会引起发动机转速的变化，进而引起转矩和功率的变化，进一度地造成燃油经济性下降、作业或行走顿挫、作业停滞等问题，严重的可能会引起发动机熄火、飞车、作业故障和作业事故。由作业过程中的干扰引起的油门开合问题，当前还缺少必要的深入研究和对策，以此引起的转矩控制、转速控制、油门控制和燃油经济性保障等问题亦没有通用的成果可以借鉴。油门的开合角度控制常通过步进电机驱动马达进行精准控制，控制的依据一般以转速变化量、转矩变化量、功率需求变化量等，控制系统在整个参数变化范围内一般采用同样的控制策略和控制步距，未能考虑到发动机的工作工况、变量的大小等具体因素，亦未能实现系统的精准控制。在油门和转速控制时还需要关注发动机的经济工作区间，在满足工作转矩和功率的前提下，把发动机的工况控制在经济区间内，以提升工程机械的工作效率和燃油经济性。为了精细化控制油门控制精度，步进电机控制油门开度所使用的细分需要进行规划，应以发动机经济工况特点进行具体和自适应规划、控制。当前虽有油门控制步进电机的细分划分，但仅限于在工程机械的不同工作阶段，细分也简单且不具备自适应能力，需操作员介入控制。

为解决工程机械油门控制系统的抗扰性、节能性、自适应性的智能化发展需求，需要对油门扰动进行判别和控制、发动机经济工况区域控制、驱动油门马达的步进电机进行精准和自适应控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油门马达自适应抗干扰控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种油门马达自适应抗干扰控制方法，包括以下步骤：

测取发动机转速变化量Δz和负载变化量ΔL；

计算转速变化量Δz和负载变化量ΔL的可信度二值函数

若Γ＝1，控制步进电机调节油门开度，以使转速达到调整目标；若Γ＝0，关闭步进电机控制功能；

所述控制步进电机调节油门开度，包括：

当Δz＞0时，步进电机控制油门开度的细分表达式为：

当Δz＜0时，步进电机控制油门开度的细分表达式为：

进一步改进的是：所述计算转速变化量和负载变化量的可信度二值函数之前，还包括：获取工程机械待机状态下转速变化量历史序列{Δz_i}和负载变化量序列{ΔL_i}的标准差分别为σ_z和σ_L，当|Δz|＞3·σ_z、{ΔΔL|＞3·σ_L，且Δz和ΔL时间宽度小于步进电机调整油门开度的周期时，Δz和ΔL被判定为噪声而不被处理。

进一步改进的是：所述转速达到调整目标，还包括：

若转速发生变动前的值z_t-1∈[z₁,z₂]，则以z_t-1为闭环调整目标；

若转速发生变动前的值则以z_f＝(z₁+z₂)/2为转速闭环调整目标；

所述[z₁,z₂]为发动机的经济转速区间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的油门马达自适应抗干扰控制方法，依据工程机械外部负载变化时，发动机转速变化和负载变化具有反相的特性，以此排除干扰引起的油门扰动，同时关闭步进电机对油门马达的控制，以此减小由于油门开度波动引起的机器耸动、冲击和燃油浪费；

通过以多级细分和负载变化方向来确定步进电机控制油门马达的策略，通过调整范围确定细分的大小和级数，不仅能够提升油门响应效率，而且还能够提升油门控制精度；

通过在发动机经济范围内对油门开度进行自适应控制，即保证了燃油经济性，也保证发动机工作在高效区间，从而提升了效率。

附图说明

图1为油门马达自适应抗干扰控制方法中步进电机的细分时间分布示意图；

图2为油门马达自适应抗干扰控制方法的流程图。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1～2，本实施例，一种油门马达自适应抗干扰控制方法，包括以下步骤：

1.油门扰动判定

通过传感器测量发动机的转速变化量Δz和负载变化量ΔL。为了排除两者为脉冲、毛刺等野值的可能性，设工程机械待机状态下转速变化量历史序列{Δz_i}和负载变化量序列{ΔL_i}的标准差分别为σ_z和σ_L，当|Δz|＞3·σ_z、|ΔL|＞3·σ_L，且Δz和ΔL时间宽度小于10ms(设本发明的步进电机调整油门开度的周期为10ms)，Δz和ΔL被判定为噪声而不被处理。若Δz和ΔL不是噪声，由发动机的参数属性可知，Δz和ΔL具有反相的变化特征，即Δz·ΔL＜0。设因负载变化导致的发动机转速变化的可信度二值函数为

若Γ＝1，则说明发动机转速的变化是由外部工作负载变化引起的，需要对发动机的油门进行控制；若Γ＝0，则说明发动机转速的变化是由干扰导致油门波动的，此时则要控制油门马达不对油门开度进行调节，确保不会因为油门扰动引起不必要的发动机转速变化和工程机械耸动。

2.油门多细分、自适应调节

工程机械的柴油发动机一般具有经济转速区间，设为[z₁,z₂]，此区间对应的发动机转矩输出一般也接近发动机转矩的峰值，因此控制发动机转速在经济转速区间有利于提升发动机做工效率和燃油经济性。若转速发生变动前的值z_t-1∈[z₁,z₂]，则以z_t-1为闭环调整目标，通过调节油门开度，使工程机械转速趋于z_t-1。若转速发生变动前的值则以z_f＝(z₁+z₂)/2为转速闭环调整目标，通过调节油门开度，使工程机械转速趋于z_f。当Δz＞0时，说明发动机转速提升，此时外部负载降低，需要减小油门开度以降低发动机转速；当Δz＜0时，说明发动机转速降低，此时外部负载增加，需要增加油门开度以提升发动机转速。当Δz＞0时，由发动机经济转速区间属性可知，发动机转矩可以从接近峰值跌到近零的区间，因此对应的油门开度调整范围较大；当Δz＜0时，发动机的转矩离峰值较近，用于调整的空间较小，因此对应的油门开度调整范围较小。对于Δz＞0的情况，为了提升发动机的响应速率，控制油门马达的步进电机先以较小的细分(相同脉冲数下，转速更快)对油门开度进行粗调；当转速误差Δz调整至Δz/2时，步进电机的细分调整至大一级的值进行相对细致的调整，以此类推直至n级相应地，当Δz＜0时，步进电机先以较小的细分进行粗调，然后用逐渐增大的细分进行细调，直至m级的细分值由于两个方向的油门开度调整空间的不同，因此有说明油门初始状态下Δz＞0时的步进电机的调整步幅大于Δz＜0的情况，且一般有n＞m。以上油门开度控制都是基于闭环控制算法实现的，是一种自适应的算法。因此，Δz＞0时驱动油门马达的步进电机细分如式(2)所示，Δz＜0时步进电机细分如式(3)所示。

步进电机的细分时间分布示意图如图1所示。

以单片机为微控制器，步进电机控制农机油门马达的闭环控制步骤：

以单片机为微控制器，步进电机控制农机油门马达的闭环控制步骤：

①通过传感器测量发动机的转速变化量Δz和负载变化量ΔL并判断两者乘积的正负，若正则为扰动，此时关闭步进电机控制功能，否则执行下一步。

②判断Δz的正负，若负，则采用级数较少且细分初始较大的步进电机控制策略；若正，则采用级数较多且细分初始较小的步进电机控制策略。

③以转速误差Δz作为闭环控制参数，通过调整油门开度实现转速的稳定。

注：若转速发生变动前的值z_t-1∈[z₁,z₂]，则以z_t-1为闭环调整目标，通过调节油门开度，使工程机械转速趋于z_t-1。若转速发生变动前的值则以z_f＝(z₁+z₂)/2为转速闭环调整目标，通过调节油门开度，使工程机械转速趋于z_f。

本发明的油门马达自适应抗干扰控制方法，依据工程机械外部负载变化时，发动机转速变化和负载变化具有反相的特性，以此排除干扰引起的油门扰动，同时关闭步进电机对油门马达的控制，以此减小由于油门开度波动引起的机器耸动、冲击和燃油浪费。

通过以多级细分和负载变化方向来确定步进电机控制油门马达的策略，通过调整范围确定细分的大小和级数，不仅能够提升油门响应效率，而且还能够提升油门控制精度。

通过在发动机经济范围内对油门开度进行自适应控制，即保证了燃油经济性，也保证发动机工作在高效区间，从而提升了效率。

本发明的油门马达自适应抗干扰控制方法，应用范围广，油门控制方法在工程机械、农机等领域均可使用。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (3)

1.一种油门马达自适应抗干扰控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

测取发动机转速变化量Δz和负载变化量ΔL；

计算转速变化量Δz和负载变化量ΔL的可信度二值函数

若Γ＝1，控制步进电机调节油门开度，以使转速达到调整目标；若Γ＝0，关闭步进电机控制功能；

所述控制步进电机调节油门开度，包括：

当Δz＞0时，步进电机控制油门开度的细分表达式为：

当Δz＜0时，步进电机控制油门开度的细分表达式为：

2.根据权利要求1所述的油门马达自适应抗干扰控制方法，其特征在于：所述计算转速变化量和负载变化量的可信度二值函数之前，还包括:

获取工程机械待机状态下转速变化量历史序列{Δz_i}和负载变化量序列{ΔL_i}的标准差分别为σ_z和σ_L，当|Δz|＞3·σ_z、|ΔL|＞3·σ_L，且Δz和ΔL时间宽度小于步进电机调整油门开度的周期时，Δz和ΔL被判定为噪声而不被处理。

3.根据权利要求1或2所述的油门马达自适应抗干扰控制方法，其特征在于：所述转速达到调整目标，还包括：

若转速发生变动前的值z_t-1∈[z₁,z₂]，则以z_t-1为闭环调整目标；

若转速发生变动前的值则以z_f＝(z₁+z₂)/2为转速闭环调整目标；

所述[z₁,z₂]为发动机的经济转速区间。