【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及空燃比控制的領域，尤其涉及一種天然氣發動機空燃比控制方法及系統。
技術介紹
1、隨著大氣污染越來越嚴重，人們環保意識越來越高，各國針對汽車排放制定了更為嚴格的標準。基于以上背景。促使各國在發動機控制、發動機燃料來源等各方面進行不斷的技術革新和產品替代。天然氣是繼煤、石油以外第三大天然能源，自然界中儲量豐富。天然氣不僅可以提供與石油相媲美的動力性能外，對大氣的污染也小很多。
2、天然氣發動機工作原理將儲氣瓶中的天然氣經過壓力調節、過濾、噴射控制，將天然氣注入氣體混合器中，天然氣與空氣在氣體混合器中進行一定比例混合后進入進氣歧管最終進行點火燃燒。
3、在天然氣工作過程中對天然氣與空氣的空燃比控制是發動機控制的非常重要一個步驟。當汽車在突然加速或突然減速的負載瞬態變化的工況中，受發動機控制器、結構部件、傳感器器件等響應延遲影響，發動機的瞬態空燃比不能準確反應所需要的值，造成發動機扭矩的波動、排放特性變差等問題。
4、空燃比的大小主要從燃氣的噴射量的控制和空氣進氣量的控制兩方面處理。關于空燃比的控制算法通常由經典pid控制、基于觀測器空燃比控制、自適應控制等。在經典pid控制中，控制器在發動機空燃比控制應用中依賴于傳感器信號，由于傳感器、濾波器及信號傳輸造成的延時及各個器件的誤差，造成輸出不能快速、準確對給定要求的響應。觀測器空燃比控制的算法雖然可以較好的解決傳感器和傳輸造成的延時問題，可以分析控制系統的零極點，但是其控制算法中計算量太大，從而要求高速的微處理器，并且其系統模型的辨識也要
5、鑒于此，本專利技術提出一種天然氣發動機空燃比控制方法及系統，通過對空燃比采樣與目標空燃比得出差值，再對空燃比差值與上一次差值進行比較得出差值變化率，最后對空燃比差值和空燃比差值變化分別進行補償處理，得到最快達到穩定的目標空燃比的空氣質量以及燃料質量，對天然氣發動機進行空燃比控制。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供一種天然氣發動機空燃比控制方法，通過計算得到進入天然氣發動機中的空氣質量，并對燃料質量進行采集，實現發動機空燃比的測量處理，進而計算得到空燃比測量值的誤差值、誤差變化值，以空燃比預判結果、空燃比測量值的誤差值以及誤差變化值為輸入變量，以空燃比補償系數為待優化求解參數，以發動機系統的空燃比補償性能最大化為目標函數的優化目標構建目標函數并進行求解，基于空燃比補償系數對空燃比測量值的誤差值以及誤差變化值進行轉換，得到空燃比補償控制的發動機空氣質量以及燃料質量，使得當前空燃比迅速到達目標空燃比的鄰近范圍，實現發動機空燃比控制。
2、為實現上述目的，本專利技術提供的一種天然氣發動機空燃比控制方法，包括以下步驟：
3、s1：獲取天然氣發動機的輸入信號，基于輸入信號計算得到空燃比測量值以及空燃比測量值的誤差值、誤差變化值；
4、s2：對輸入信號進行發動機系統的系統動態特征提取，基于系統動態特征對空燃比進行預判，得到是否需要對空燃比測量值進行補償的空燃比預判結果；
5、s3：構建空燃比補償目標函數，其中空燃比補償目標以空燃比預判結果、空燃比測量值的誤差值以及誤差變化值為輸入變量，以空燃比補償系數為待優化求解參數，以發動機系統的空燃比補償性能最大化為目標函數的優化目標；
6、s4：采用群體智能尋優算法對空燃比補償目標函數進行優化求解，得到空燃比補償系數，基于空燃比補償系數對空燃比測量值的誤差值以及誤差變化值進行轉換，得到空燃比補償控制的發動機空氣質量以及燃料質量。
7、作為本專利技術的進一步改進方法：
8、可選地，所述s1步驟中獲取天然氣發動機的輸入信號以及空燃比測量值，包括：
9、獲取天然氣發動機的輸入信號以及空燃比測量值，其中輸入信號包括氣缸信號、節氣門信號、溫度信號、氧傳感器信號、轉速信號、電池電壓信號以及油門踏板信號，天然氣發動機在t時刻的輸入信號為xt：
10、
11、其中：
12、依次表示天然氣發動機在t時刻的氣缸信號、節氣門信號、溫度信號、氧傳感器信號、轉速信號、電池電壓信號以及油門踏板信號；在本專利技術實施例中，氣缸信號節氣門信號溫度信號氧傳感器信號轉速信號電池電壓信號以及油門踏板信號依次為天然氣發動機中氣缸壓力值，節氣門開度，進氣溫度，排氣中氧氣含量，發動機轉速，發動機電池的電壓值以及油門踏板的壓力值。
13、可選地，所述基于輸入信號計算得到空燃比測量值以及空燃比測量值的誤差值以及誤差變化值，包括：
14、天然氣發動機在t時刻的空燃比測量值為表示t時刻進入發動機燃燒室的空氣質量，表示t時刻進入發動機燃燒室的天然氣燃料質量，基于輸入信號xt的空氣質量計算公式為：
15、
16、其中：
17、rair表示空氣常數；
18、所述空燃比測量值的誤差值以及誤差變化值為：
19、
20、其中：
21、δe(t)表示空燃比測量值的誤差值；
22、表示天然氣發動機在t-1時刻的空燃比測量值，相鄰時刻之間的時間間隔為δ；表示預設的目標空燃比；
23、ec(t)表示空燃比測量值的誤差變化值。
24、可選地，所述s2步驟中對輸入信號進行發動機系統的系統動態特征提取，包括：
25、對輸入信號進行發動機系統的系統動態特征提取，其中輸入信號xt的系統動態特征提取流程為：
26、s21：對輸入信號xt進行時序濾波處理，得到時序濾波處理后的輸入信號xt：
27、
28、其中：
29、wt(i)表示對于輸入信號xt+i在對輸入信號xt進行時序濾波處理過程中的時序權重，i∈[-c，0]，c表示預設的時序尺度；
30、xt為一行7列的向量形式對應輸入信號xt中7種信號的時序濾波處理結果；
31、所述時序權重的計算流程為：
32、s211：設置輸入信號xt的時序權重wt(0)為w，則輸入信號xt-c，xt-c+1，...，xt-1的時序權重之和為1-w；
33、s212：初始化生成輸入信號xt-c，xt-c+1，...，xt-1的時序權重，其中輸入信號xt+j的初始化時序權重為j∈[-c，-1]，
34、s213：設置時序權重的當前迭代次數為z，最大迭代次數為num，則時序權重的第z次迭代結果為
35、s214：對時序權重進行迭代，其中時序權重的迭代公式為：
36、
37、其中：
38、||·||1表示l1范數；
39、μ(xt+j)表示輸入信號xt+j中所有信號的均值；
40、∈表示迭代調控系數；在本專利技術實施例中，將∈設置為0.2；...
【技術保護點】
1.一種天然氣發動機空燃比控制方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如權利要求1所述的一種天然氣發動機空燃比控制方法，其特征在于，所述S1步驟中獲取天然氣發動機的輸入信號以及空燃比測量值，包括：
3.如權利要求2所述的一種天然氣發動機空燃比控制方法，其特征在于，所述基于輸入信號計算得到空燃比測量值以及空燃比測量值的誤差值以及誤差變化值，包括：
4.如權利要求1所述的一種天然氣發動機空燃比控制方法，其特征在于，所述S2步驟包括：
5.如權利要求4所述的一種天然氣發動機空燃比控制方法，其特征在于，所述基于系統動態特征對空燃比進行預判，得到是否對空燃比測量值進行補償的空燃比預判結果，包括：
6.如權利要求1所述的一種天然氣發動機空燃比控制方法，其特征在于，所述S3步驟中構建空燃比補償目標函數，包括：
7.如權利要求6所述的一種天然氣發動機空燃比控制方法，其特征在于，所述S4步驟包括：
8.如權利要求7所述的一種天然氣發動機空燃比控制方法，其特征在于，所述基于空燃比補償系數對空燃比測量值的誤差值以及誤差變
9.一種天然氣發動機空燃比控制系統，其特征在于，所述系統中的控制算法模塊包括：
...【技術特征摘要】
1.一種天然氣發動機空燃比控制方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如權利要求1所述的一種天然氣發動機空燃比控制方法，其特征在于，所述s1步驟中獲取天然氣發動機的輸入信號以及空燃比測量值，包括：
3.如權利要求2所述的一種天然氣發動機空燃比控制方法，其特征在于，所述基于輸入信號計算得到空燃比測量值以及空燃比測量值的誤差值以及誤差變化值，包括：
4.如權利要求1所述的一種天然氣發動機空燃比控制方法，其特征在于，所述s2步驟包括：
5.如權利要求4所述的一種天然氣發動機空燃比控制方法，其特征在于，所述基于系統動態特征對空燃比進行...
【專利技術屬性】
技術研發人員：顧文龍，
申請(專利權)人：康卓電子無錫有限公司，
類型：發明
國別省市：
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