一种实现直流力矩电机egr位置闭环控制方法的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电控柴油机直流力矩电机EGR系统位置闭环控制方法及装置，特 别涉及一种实现直流力矩电机EGR位置闭环控制方法的装置。
【背景技术】
[0002] 随着政府法规的不断升级，法规中要求的柴油机排放限值也在不断降低。这使 得柴油机生产企业采用了很多新的排气后处理技术以降低排放。EGR(废气再循环技术， ExhaustGasRecirculation)就是一种广泛应用的技术。该技术中，通过将一部分废气重 新引入燃烧室与新鲜空气共同参与燃烧反应，利用废气中含有的大量惰性气体具有较高的 比热容这一特性来降低排放污染物中NOx成分。由于NOx的生成条件是高温富氧，而废气 的引入一方面使混合气热容量增大，造成相同量的混合气升高同样温度所需热量增多，从 而降低了最高燃烧温度；另一方面，废气对新鲜空气的稀释也相应降低了氧浓度，从而有效 地抑制了 NOx的生成。
[0003] 随着发动机废气排放法规的不断升级，尤其是ETC(EuropeanTransientCycle) 试验，要求在1800s内每秒变换工况的瞬态排放试验程序，更是对采用EGR作为降NOx(氮 氧化合物）方案提出了较高的动态响应要求。传统气阀式EGR，由于响应速度慢，滞回曲线 特性明显已经不能满足要求。采用直流力矩电机的EGR，由于执行速度较快，滞回曲线特性 小，具有很大优势。
[0004] 申请人目前采用的直流力矩电机EGR系统通过直流力矩电机的转角变化驱动凸 轮板，凸轮板通过滚轮带动阀杆和阀门，通过改变阀门开度来改变废气再循环流量。直流力 矩电机转角偏离零位的方向决定阀门的行程方向。直流力矩电机转角偏离零位的大小决定 阀门的移动距离。由于采用电机直接驱动阀门的结构形式，系统使用中积炭等导致的负载 变化和非线性扰动直接作用在电机轴端，对电机运行稳定性的影响更加强烈。根据应用特 点，电机驱动控制系统必须解决系统稳定性这个关键问题，同时保证系统具有较高的动态 响应特性。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足而提供一种实现直流 力矩电机EGR位置闭环控制方法的装置。该装置提出了一种精确数学模型和抗积分饱和变 结构PID混合的控制算法，采用精确数学模型开环计算下一工况驱动需求，提高响应速度； 采用抗积分饱和变结构PID根据闭环反馈解决负载变化和非线性扰动导致的差异，减小超 调量的同时，提高稳态精度，降低标定工作量。
[0006] 本实用新型所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来是实现：
[0007] 实现直流力矩电机EGR位置闭环控制方法的装置，包括：
[0008] -EGR阀，EGR阀中的直流力矩电机通过其转角变化来驱动凸轮板，凸轮板通过滚 轮带动阀杆和阀门，通过改变阀门开度来改变废气再循环流量，所述EGR阀的反馈输入端 接受来自一处理器输出的EGR阀控制占空比信号；
[0009] -配置在发动机中的环境温度传感器，所述环境温度传感器输出所检测的环境温 度信号；
[0010] -电池电压传感器，所述电池电压传感器输出所检测的电池电压信号；
[0011] 一配置在所述EGR阀上的EGR阀位置传感器，所述EGR阀位置传感器输出所检测 到的EGR阀实测开度阀位置电压信号；
[0012] 一处理器，所述处理器接收所述环境温度传感器、电池电压传感器、EGR阀位置传 感器分别输出的环境温度信号、电池电压信号、EGR阀实测开度阀位置电压信号并进行处理 输出EGR阀控制占空比信号至所述EGR阀的反馈输入端对EGR阀中的直流力矩电机进行控 制。
[0013] 在本实用新型的一个优选实施例中，所述处理器包括一负载模型模块、电机模型 模块、抗积分饱和变结构PID模块和EGR阀位置监控模块，其中：
[0014] 所述负载模型模块以所述环境温度传感器送出的环境温度信号、EGR阀位置监控 模块送出的EGR阀位置信号为输入信号，计算处理后输出驱动转矩信号至电机模型模块；
[0015] 所述电机模型模块以所述负载模型模块送出的驱动转矩信号和EGR阀位置监控 模块送出的EGR阀位置信号为输入信号，计算处理后输出基本电枢电压信号至EGR阀位置 监控模块；
[0016] 所述抗积分饱和变结构PID模块以所述环境温度传感器送出的环境温度信号、 EGR阀位置监控模块送出的EGR阀位置信号、EGR阀目标位置信号为输入信号，计算处理后 输出修正电枢电压信号至所述EGR阀位置监控模块；
[0017] 所述EGR阀位置监控模块以所述电机模型模块送出的基本电枢电压信号、抗积分 饱和变结构PID模块送出的修正电枢电压信号、电池电压信号和EGR阀位置传感器送出的 EGR阀实测开度阀位置电压信号为输入信号，计算处理后输出EGR阀位置输出信号、EGR阀 控制占空比信号和EGR阀目标位置信号。
[0018] 本实用新型由于采用以上技术方案，其具有以下优点：1、采用精确数学模型开环 计算下一工况驱动需求，提高响应速度；2、采用抗积分饱和变结构PID根据闭环反馈解决 负载变化和非线性扰动导致的差异，减小超调量的同时，提高稳态精度，降低标定工作量， 提高产品竞争力。
【附图说明】
[0019] 图1是本实用新型系统结构示意图。
[0020] 图2是抗积分饱和变结构PID积分增益示意图
【具体实施方式】
[0021] 本实用新型基于如下原理：通过EGR阀中的直流力矩电机的转角变化驱动凸轮 板，凸轮板通过滚轮带动阀杆和阀门，通过改变阀门开度来改变废气再循环流量。直流力矩 电机转角偏离零位的方向决定阀门的行程方向。直流力矩电机转角偏离零位的大小决定阀 门的移动距离。通过系统运动方程、电磁转矩方程等精确数学模型开环计算下一工况基本 驱动需求；利用抗积分饱和变结构PID计算修正驱动需求。
[0022] 为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下 面结合具体图示和实施例，对本实用新型进行详细的描述。
[0023] 如图1所示，本实用新型的直流力矩电机EGR系统位置闭环监控装置包括发动机 100、执行器140和处理器200 ;执行器140为EGR阀；在发动机100中配置有环境温度传感 器110和电池电压传感器130,在执行器140中配置EGR阀位置传感器120。
[0024] 处理器200中有负载模型模块210、电机模型模块220、抗积分饱和变结构PID模 块230和EGR阀位置监控模块240。
[0025] 负载模型模块210的两个输入端分别与环境温度传感器110的输出端和EGR阀位 置监控模块240中的EGR阀位置输出信号的输出端相连，接受环境温度传感器110送出的 环境温度信号、EGR阀位置监控模块240送出的EGR阀位置输出信号，负载模型模块210的 输出端输出驱动转矩信号。
[0026] 电机模型模块220的两个输入端分别与负载模型模块210的输出端和EGR阀位置 监控模块240中的EGR阀位置输出信号的输出端相连，接受负载模型模块210送出的驱动 转矩信号和EGR阀位置监控模块240送出的EGR阀位置输出信号，电机模型模块220的输 出端输出基本电枢电压信号。
[0027] 抗积分饱和变结构PID模块230的三个输入端分别与环境温度传感器110的输出 端、EGR阀位置监控模块240中的EGR阀位置输出信号的输出端和EGR阀位置监控模块240 中的EGR阀目标位置信号的输出端相连，接受环境温度传感器110送出的环境温度信号、 EGR阀位置监控模块240送出的EGR阀位置输出信号和EGR阀目标位置信号，抗积分饱和变 结构PID模块230的输出端输出修正电枢电压。
[0028]EGR阀位置监控模块240的四个输入端分别与电机模型模块220的输出端、抗积分 饱和变结构PID模块230的输出端、EGR阀位置传感器120的输出端、电池电压传感器130 输出端，接受电机模型模块220送出的基本电枢电压信号、抗积分饱和变结构PID模块230 送出的修正电枢电压信号、电池电压传感器130送出的电池电压信号、EGR阀位置传感器 120送出的EGR阀位置输入信号，EGR阀位置监控模块240的三个输出端分别输出EGR阀目 标位置信号、EGR阀位置输出信号和EGR阀控制占空比信号；
[0029]EGR阀的反馈输入端与EGR阀位置监控模块240的输出EGR阀控制占空比信号的 一个输出端连接，接受EGR阀位置监控模块240输出的EGR阀控制占空比信号。
[0030] 因此基于上述装置的位置闭环监控方法为：
[0031]负载模型模块210用下式②推定驱动转矩T，式②为系统运动方程，J为电机折合 到电机轴上的转动惯量，一般取值为2N.mm/度/s2;0为直流力矩电机的电机轴的角位 移，依据EGR阀位置输出信号来获得；f为电机折合到电机轴上的粘性摩擦系数，为环境温 度的函数，f=巾（T) ;Fi为作用在阀门上的排气压力，一般取值为30~50N;S为偏心轴的 偏距距，一般取值为4. 69mm;F2为阀杆滑动摩擦力，一般取值为1. 5N;Tf为电机制动转矩， 一般取值为40N.mm;Tk为凸轮板扭簧转矩。<