柴油机的MIMO控制

此示例使用：

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本例使用系统设计和调试柴油机的多输入多输出控制器。该控制器针对单一工况进行离散时间调试。

柴油发动机模型

现代柴油发动机使用可变几何涡轮增压器（VGT）和废气再循环（EGR），以减少排放量。该VGT增压和EGR质量流量是必须要满足严格的排放指标的严格控制。此示例示出了如何设计和调谐控制器MIMO当发动机在2100rpm以每注塑缸12毫克的燃料质量操作，调节这两个变量。

open_system（“rct_diesel”)

所述VGT / EGR控制系统在Simulink建模。金宝app控制器调整位置EGRLIFT和VGTPOSEGR和VGT阀门。它可以访问升压和EGR质量流量目标和测量值，以及燃料质量和发动机转速测量。这两个阀门都有速率和饱和度限制。工厂模型每0.1秒采样一次，控制信号EGRLIFT和VGTPOS是每0.2秒刷新一次。本实施例中考虑了增压压力和+3克/秒在EGR质量流10千帕的步骤的变化，和5毫克的燃料质量和-200转速度扰动。

对于所考虑的工况，我们使用系统辨识从实验数据推导出发动机的线性模型。操纵变量的频率响应EGRLIFT和VGTPOS控制变量促进和EGR MF如下所示。请注意，设备在低频时处于病态状态，这使得增压压力和EGR质量流量难以独立控制。

西格玛（工厂（：，1:2）），网格标题(“线性化的发动机动力学的频率响应”)

控制目标

主要有两个控制目标:

在大约5秒内以最小交叉耦合响应增压压力和EGR质量流量的阶跃变化
对速度和燃油质量的（微小）变化不敏感。

对第一个目标使用跟踪需求。指定步骤更改的幅度，以确保交叉耦合较小相对的对这些变化的反应。

% 5秒响应时间，稳态误差小于5%TR=调整目标。跟踪({“助推参考”；“EGRMF REF”}，{“提升”；“EGRMF”},5,0.05); 文名=“设定值跟踪”；TR.InputScaling = [10 3];

对于第二个目标，处理速度和燃料质量的变化作为步骤扰动并指定增压压力和EGR质量流得到的变化的峰值幅度和稳定时间。还指定了信号幅度，以正确反映每个扰动的相对贡献。

%峰值<0.5，沉降时间<5= TuningGoal博士。StepRejection ({“燃料质量”；'速度'}，{“提升”；“EGRMF”}，0.5,5）；博士姓名=“干扰抑制”；DR.InputScaling=[5200]；DR.OutputScaling=[103]；

为了对未建模的动力学和混叠提供足够的鲁棒性，限制控制带宽并在对象的输入和输出处施加足够的稳定裕度。因为我们处理的是2乘2的MIMO反馈回路，这个要求保证了每个反馈通道的增益或相位变化的稳定性。增益或相位可以同时在两个通道中改变，并且在每个通道中改变不同的量。看到在控制系统调优的稳定裕度和TuningGoal.Margins详情请参阅。

％滚降-20分贝/ DEC的过去1弧度/秒RO = TuningGoal.MaxLoopGain（{'EGRLIFT',“VGTPOS”},1,1); RO.LoopScaling='离开'；RO.Name =“滚开”；％7增益裕量的dB和45度的相位裕量的M1 = TuningGoal.Margins（{'EGRLIFT',“VGTPOS”},7,45); M1.姓名=“植物输入”；M2 = TuningGoal。利润('柴油发动机'，7,45）;M2.Name =“植物输出”；

Blackbox MIMO控制器的调优

在没有适当控制结构的先验知识的情况下，首先尝试各种阶数的“黑盒”状态空间控制器。对象模型有四种状态，因此尝试四阶或更少阶数的控制器。这里我们调整二阶控制器，因为Simulink模型中的“SS2”块有两种状态。金宝app

图1:二级黑匣子控制器。

使用单反调谐器用于配置Simulink模型以进行调整的接口。将块“S金宝appS2”标记为可调谐，登记用于评估裕度和回路形状的位置，并指定应以控制器采样率执行线性化和调谐。

ST0 = slTuner (“rct_diesel”,'SS2')；ST0.Ts=0.2；添加点（ST0{'EGRLIFT',“VGTPOS”,'柴油发动机'}）

现在使用系统根据我们的控制目标调整状态空间控制器。将稳定裕度和滚降目标视为硬约束，并尽量满足剩余目标（软目标）。随机化起始点，以减少不希望出现的局部极小值。

选择= systuneOptions（“随机启动”rng（0），ST1=systune（ST0[TR DR]，[M1 M2 RO]，Opt）；

决赛：软= 1.07，硬= 0.94547，迭代次数= 420决赛：软= 1.05，硬= 0.95546，迭代次数= 491决赛：软= 1.05，硬= 0.99363，迭代= 433

几乎满足所有要求（当规范化值小于1时，满足要求）。以图形方式验证这一点。

数字（“位置”，[10,101071714]）视图目标（[TR DR RO M1 M2]，ST1）

剧情设定值跟踪和干扰排斥反应。尺度由信号幅度（由10千帕，EGR质量流量+3克/秒，由5毫克的燃料质量和速度由-200转增压压力的变化），以显示归一化的效果。

数字（“位置”，[100100560500]）T1=getIOTransfer（ST1{“助推参考”；“EGRMF REF”}，{“提升”,“EGRMF”,'EGRLIFT',“VGTPOS”}）;T1 = DIAG（[1/10 1/3 1 1]）* T1 * DIAG（[10 3]）;副区（211），步骤（T 1（1：2，:)，15），标题（“设定值跟踪”)子批次（212），步骤（T1（3:4，：），15），标题(“控制努力”)

D1 = getIOTransfer（ST1，{“燃料质量”；'速度'}，{“提升”,“EGRMF”,'EGRLIFT',“VGTPOS”}）;D1 = DIAG（[1/10 1/3 1 1]）* D1 * DIAG（[5 -200]）;副区（211），步骤（D1（1：2，:)，15），标题（“干扰抑制”)子批次（212），步骤（D1（3:4，：），15），标题(“控制努力”)

在小于5秒与最小之间交叉耦合的控制器响应促进和EGRMF变量。

简化控制结构的调整

状态空间控制器可以按原样实现，但通常需要将其归结为更简单、更熟悉的结构。为此，请获得调谐控制器并检查其频率响应

C=getBlockValue（ST1，'SS2')clf博德（C（：，1:2），C（：，3:4），{.02 20}），网格图例('REF至U','Y到U')

博德马克（C（：，5:6）），网格标题(“从FUELMASS /速度EGRLIFT / VGTPOS博德响应”)

第一曲线表明，控制器基本上表现得像作用于REF-Y（目标和控制变量的实际值之间的差）一个PI控制器。的第二曲线表明，从测量的干扰传输到操纵变量可通过串联的增益具有滞后网络来代替。总之这表明由MIMO PI控制器与一阶扰动的前馈的下面简化控制结构。

图2：简化的控制结构。

使用变形子系统，可以实现在同一个Simulink模型既控制结构和使用一个变量在它们之间进行切换。金宝app在此背景MODE = 2选择MIMO PI结构。像以前一样,用系统调谐三个2×2增益矩阵KP,文,肯德基在简化的控制结构中。

%在“控制器”框中选择“MIMO PI”变量模式=2；％配置调整界面ST0 = slTuner (“rct_diesel”, {“KP的,“文”,'KFF'}); ST0.Ts=0.2；添加点（ST0{'EGRLIFT',“VGTPOS”,'柴油发动机'}）%调整MIMO-PI控制器。ST2 = systune(ST0，[TR DR]，[M1 M2 RO]);

最终：软=1.09，硬=0.98992，迭代次数=319

同样，所有要求几乎都得到了满足。绘制闭环响应，并与状态空间设计进行比较。

clf T2=getIOTransfer（ST2{“助推参考”；“EGRMF REF”}，{“提升”,“EGRMF”,'EGRLIFT',“VGTPOS”}）;T2 = diag([1/10 1/3 1 1]) * T2 * diag([10 3]);次要情节(211),步骤(T1 (1:2,:), T2(1:2,:), 15)、标题(“设定值跟踪”)传奇('SS2',‘PI+FF’)子批次（212），步骤（T1（3:4，：），T2（3:4，：），15），标题(“控制努力”)

D2 = getIOTransfer（ST2，{“燃料质量”；'速度'}，{“提升”,“EGRMF”,'EGRLIFT',“VGTPOS”}); D2=diag（[1/101/311]）*D2*diag（[5-200]）；子批次（211），步骤（D1（1:2，：），D2（1:2，：），15），标题(“干扰抑制”)传奇('SS2',‘PI+FF’)次要情节(212),步骤(D1 (3:4,:), D2(3:4,:), 15)、标题(“控制努力”)

黑盒和简化的控制结构提供了类似的性能。检查PI和前馈增益的调谐值。

showTunable（ST2）

块1：rct_diesel /控制器/ MIMO PID / KP = d = U1 U2 Y1 -0.007997 -0.0008363 Y2 -0.02049 0.01456名称：静态的Kp增益。-----------------------------------块2：rct_diesel /控制器/ MIMO PID / KI = d = U1U2 Y1 -0.01058 -0.01381 -0.03019 Y2名称0.04706：文静态增益。-----------------------------------块3：rct_diesel /控制器/ MIMO PID / KFF = d = U1U2 Y1 0.01368 -9.661e-05 Y2 0.03164 -0.001435名称：KFF静态增益。