文档介绍：分类号学号 M200970921
学校代码 10487 密级

硕士学位论文

汽油机空燃比多参数模型辨识及
MPC 控制器设计

学位申请人: 刘刚
学科专业: 动力机械及工程
指导教师: 李顶根副教授
答辩日期: 2012 年 1 月
A Thesis Submitted in Partial of the Requirements for the Degree of
Master of Engineering

Multi-parameter Model Identification of Air-Fuel Ratio and
MPC Controller Design of Gasoline engine

Candidate :Liu Gang
Major :Power Machinery & Engineering
Supervisor :Associate Prof. Li Dinggen

Huazhong University of Science and Technology
Wuhan, Hubei 430074, P. R. China
Jan., 2012
独创性声明

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日期: 年月日

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本论文属
不保密□。
于
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学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期: 年月日日期: 年月日
华中科技大学硕士学位论文
摘要
传统汽油发动机多采用进气道喷射已使油气有充分混合时间,在缸内形成更
为均匀的混合气,燃烧更为充分,效率更高。但此种混合气形成方式较易在进气
道壁面或气门背面形成油膜,从而影响发动机空燃比的精确控制,而在后处理技
术广泛使用的今天,空燃比的精确控制对保持后处理装置的高效率至关重要。在
发动机冷启动时,油膜现象更为明显,滞后性更强,对空燃比的精确控制提出了
更高的挑战。
为解决此问题,传统的方法是建立进气道油膜的物理模型,主要描述的是喷
油速率(喷油量)与空燃比的关系,并根据实测数据辨识出模型中未知的参数,
将获取的油膜物理模型运用于空燃比控制,该方法在空燃比稳态控制时,有很好
的控制作用。但缺陷在于,难以在瞬态特别是发动机冷启动、刹车减速时应用,
同时单输入单输出的物理模型,难以考虑其他参数对进气道油膜、空燃比的影响。
基于此,研究针对多输入多输出模型辨识的子空间 N4SID 辨识方法,构建多参数
空燃比控制模型,研究模型的精确性。研究表明,该方法简便易用,辨识出的模
型精确度较高,抗扰能力较强。为进一步提高模型的精确性,采用预报误差法
(PEM)对辨识出的模型进行优化,仿真结果表明,PEM 方法改进后的模型稳定
性更强,精度有所改善。
在子空间方法辨识出的模型的基础上,设计多参数模型预测控制器(Model
Predictive Controller),对模型预测控制器的详细设计过程进行研究,结果表
明,模型预测控制器阶跃响应结果较为稳定,求解出的预测控制信号波动较小,
适于进行实际应用。

关键词:空燃比 N4SID 子空间方法 PEM MPC 汽油机
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
Most of traditional gasoline engines adopt port fuel injection, so there will be
sufficient time for air and fuel to mix. Then bustion and the efficient of the