一種基於神經網絡的瞬態EGR控制方法與流程

2023-09-27 06:44:15

本發明涉及的是一種節能減排方法，具體地說是船舶柴油機節能減排方法。

背景技術：

隨著人們環保意識的增強，世界各國紛紛制定了相應的排放法規。船用柴油機的尾氣排放作為大氣汙染的主要源頭之一，國際海事組織(IMO)對船用柴油機的排放提出了日益嚴格的要求，截至目前，在特定的排放控制區域TierIII排放法規已正式實施，NOx排放要求在TierII基礎上再降低76％，這給船用柴油機研究工作者帶來更加嚴峻的挑戰。EGR作為一項機內淨化技術，通過將部分廢氣引入到掃氣集管來降低其中的氧氣含量，進而有效降低燃燒過程中NOx的生成量，然而氧含量過低會導致柴油機冒黑煙，動力性和經濟型都得到降低。傳統的EGR控制機理屬於PI反饋調節，在特定工況下將氧含量的目標值與傳感器的測量值進行比較做差，然後將此差值傳遞給PI控制器，輸出得到一個EGR閥的開度，最終使掃氣集管內的氧含量達到目標值，然而由於氧含量傳感器反應比較慢存在較大的滯後，導致實際調節過程中氧含量波動大、穩定時間長甚至還會出現氧含量在某段時間內過低，冒黑煙等問題。人工神經網絡是最近發展起來的十分熱門的交叉學科，具有並行機制、自學習和自適應能力，可以用來逼近任意複雜的非線性系統，能夠學習與適應不確定系統的動態特性，所有定量和定性信息都分布存於網絡的神經元中，所以有很強的魯棒性和容錯性，同時其採用並行分布處理方法，使得快速進行大量運算成為可能。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供能有效改善傳統的PI反饋調節由於氧含量傳感器的嚴重滯後導致的掃氣集管內的氧含量穩定時間變長、調節難度加大、EGR閥開度不可避免的超調以及由此導致的掃氣集管內的氧含量在某段時間內過低、冒黑煙、動力性和經濟性下降等一系列問題的一種基於神經網絡的瞬態EGR控制方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種基於神經網絡的瞬態EGR控制方法，其特徵是：

(1)訓練神經網絡：EGR閥的最大開度為b，在每個柴油機工況下，按照EGR閥開度從0變化到b、中間間隔為b/N設定EGR閥開度，分別進行柴油機的穩態實驗，用氧含量傳感器測量每個情況下掃氣集管內的氧含量，訓練BP神經網絡：BP神經網絡的輸入為柴油機工況和EGR閥開度，BP神經網絡的輸出為該柴油機工況和EGR閥開度下，柴油機穩定運行時掃氣集管內的氧含量，利用柴油機每個工況下得到的訓練樣本完成對神經網絡的訓練；

(2)根據柴油機當前工況計算循環供油量m，然後將循環供油量m信號分別輸送給柴油機和目標氧含量計算單元，柴油機按照循環供油量m信號噴油，目標氧含量計算單元根據循環供油量m計算出該工況下的目標氧含量值A，並將目標氧含量值A信號輸送給PI控制器單元的輸入端；

(3)BP神經網絡根據EGR閥開度和柴油機所處的工況，通過步驟(1)的訓練預測出柴油機在該工況和EGR閥開度下穩定運行時掃氣集管內的預測氧含量，然後將此氧含量值反饋到PI控制器單元的輸入端；

(4)將目標氧含量值A與反饋回來的掃氣集管內的預測氧含量進行比較做差，通過PI控制器單元獲得EGR閥開度信號，將該EGR閥開度信號傳送至EGR閥的執行機構和BP神經網絡，最終使EGR閥開度穩定，同時掃氣集管內的氧含量也穩定在相應的目標氧含量值。

本發明的優勢在於：本發明可以很好的改善傳統的PI反饋調節由於氧含量傳感器嚴重滯後導致的反饋回來的氧含量不能代表真實值進而導致EGR閥開度不可避免的超調，掃氣集管內氧含量波動較大，以及掃氣集管內氧含量局部過低，冒黑煙、動力性和經濟型下降等問題，由於穩定調節時間變短，NOx排放也相應的降低。同時由於系統結構變動較小，系統複雜度較低，比較容易實施，因而具有較大的工程價值。

附圖說明

圖1為本發明的系統框圖。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述：

結合圖1，本發明包括以下流程：

在柴油機所有工況下分別人為給定多個EGR閥開度，使其分別從0中間每隔b/100變化到直徑b，(b為EGR閥的最大開度)然後分別進行柴油機的穩態實驗，再用氧含量傳感器測量每個工況下柴油機穩定運行同時EGR閥開度從0變化到b時的掃氣集管內的氧含量，因此可以在柴油機每個工況下得到101個訓練樣本.其中神經網絡的輸入為柴油機的工況和EGR閥的開度兩個變量，輸出為相應的柴油機穩定運行時掃氣集管內的氧含量.神經網絡包含兩個神經元層，一個隱含層一個輸出層，隱含層神經元個數設置為n(36<＝n<＝64)個，輸出層神經元個數設置為1個，最後利用柴油機每個工況下得到的101個訓練樣本完成對神經網絡的訓練。

當駕駛臺給出一個指令(例如：前進1、前進2等)，信號處理單元根據駕駛臺指令自動算出一個循環供油量m，然後將此循環供油量信號分別輸送給柴油機和目標氧含量計算單元，其中目標氧含量計算單元根據循環供油量信號(即工況)計算出相應工況下的目標氧含量值A並將目標氧含量值信號輸送給PI控制器單元的輸入端。

BP神經網絡根據EGR閥開度和柴油機所處的工況預測出相應的柴油機穩定運行時掃氣集管內的氧含量(實時)，然後將此氧含量值反饋到PI控制器單元的輸入端。

PI控制器單元對目標氧含量值與反饋回來的掃氣集管內的預測氧含量值進行比較做差，通過PI控制器單元輸出相應的EGR閥開度信號送給EGR閥執行機構和BP神經網絡，最終使EGR閥穩定都某一開度，同時掃氣集管內的氧含量也穩定在相應的目標氧含量值。

本發明避免了傳統瞬態EGR控制策略中由於氧含量傳感器存在較大滯後導致的掃氣集管內的氧含量穩定時間變長、調節難度加大、EGR閥開度不可避免的超調以及由此導致的掃氣集管內的氧含量在某段時間內局部過低、冒黑煙、動力性和經濟性下降等一系列的問題。其中EGR風機的主要作用是將再循環廢氣進行升壓，克服進排氣集管之間的壓差，使部分廢氣從排氣集管再循環到掃氣集管，這裡直接設為某一固定值；洗滌器的主要作用為除去再循環廢氣中的SOx；冷卻器的主要作用是降低壓氣機後的進氣溫度，增加進氣密度，進而提升柴油機的性能；EGR閥的主要作用是根據柴油機工況控制再循環廢氣的量。