双闭环PID轨压控制方法、系统、共轨柴油机及存储介质与流程

双闭环pid轨压控制方法、系统、共轨柴油机及存储介质
技术领域
1.本发明属于船用动力控制技术领域，具体涉及一种双闭环pid轨压控制方法、系统、共轨柴油机及存储介质。


背景技术：

2.为降低船用柴油机的排放，改善大气污染状况，2016年9月1日，环境保护部与国家质量监督检疫总局联合发布《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法(中国第一、二阶段)》，要求我国在六年内分两步提高国内航行船舶发动机的排放标准，进一步加强船舶污染物排放控制，国家二阶段排放标准将于2021年7月1日实施。针对国家二阶段排放标准，机械式柴油机的排放已经无法满足发展要求，为达到法律法规对经济性与排放性能要求，电控共轨柴油机技术已成为实现排放目标的重要手段。
3.因此，有必要开发一种新的双闭环pid轨压控制方法、系统、共轨柴油机及存储介质。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种双闭环pid轨压控制方法、系统、共轨柴油机及存储介质，，以解决共轨柴油机起动建压慢、超调严重、响应速度慢等问题。
5.第一方面，本发明所述的一种双闭环pid轨压控制方法，包括以下步骤：（1）柴油机起动初期建压较快：meu阀大开度起动，迅速建压，并在轨压达到起喷压力之前柴油机不喷油；（2）柴油机起动迅速：柴油机轨压达到起喷压力后，柴油机喷油燃烧提供动力，柴油机转速快速上升，同时meu阀继续以较大开度供油；（3）柴油机起动轨压超调小：轨压达到起动目标轨压时，轨压控制由开环控制转为闭环控制，目标轨压由起动目标轨压变为怠速轨压，轨压在pid控制器调节下达到怠速轨压，柴油机起动成功；（4）柴油机稳定运行时，采用双闭环轨压控制，由目标轨压与实际轨压做差后经过经典pid计算得出meu阀开度补偿量，加上meu阀原来开度得出meu阀目标开度，通过查询开度-电流map得出控制meu阀的目标电流；由目标电流与实际电流做差后经过经典pid计算得出控制meu阀的电流补偿量，再加上原来的meu阀驱动电流数值，去驱动meu阀，改变高压油泵的泵油量，进而控制实际轨压。
6.可选地，对目标轨压与实际轨压的压差进行分级，根据压差大小对pid控制器的pid参数进行pid增益补偿，其中，由转速与喷油量查询转速、喷油量与pid参数的对应关系表，得出各个工况下相对应的pid参数数值；由目标轨压与实际轨压的压差查询压差与pid的参数增益补偿量的对应关系表，得到所述压差下对应的pid增益补偿量。
7.可选地，具有2路轨压传感器信号，运行过程中，实时监控2路轨压信号，判断当前用于逻辑计算的轨压信号是否有异常，当一路轨压信号出现异常后，切换到另一个功能正
常的轨压信号，继续进行轨压控制运算。
8.可选地，当轨压传感器所测得的轨压值超出传感器量程时，判定轨压传感器故障，并发出报警信号。
9.可选地，当两个轨压传感器所测得的轨压差值大于预设差值时，发出报警信号。
10.第二方面，本发明所述的一种双闭环pid轨压控制系统，包括轨压传感器a、轨压传感器b、轨压a信号处理模块、轨压b信号处理模块、微控制器系统模块、meu阀驱动模块、驱动对象和电源模块；所述轨压传感器a与轨压a信号处理模块连接；所述轨压传感器b与轨压b信号处理模块连接；所述轨压a信号处理模块、轨压b信号处理模块、meu阀驱动模块分别与微控制器系统模块连接；meu阀驱动模块与驱动对象连接；所述电源模块分别与轨压a信号处理模块、轨压b信号处理模块、微控制器系统模块、meu阀驱动模块和驱动对象连接；所述双闭环pid轨压控制系统被配置为能执行如本发明所述的双闭环pid轨压控制方法的步骤。
11.可选地，所述电源模块采用冗余电源模块，由dc24v和ac220v两路电源输入，输出dc24v分别给各个模块供电；当1路电源输入出现影响系统正常工作的故障时，自动切换到另一路电源输入工作。
12.第三方面，本发明所述的共轨柴油机，采用如本发明所述的双闭环pid轨压控制系统。
13.第四方面，本发明所述的存储介质，其内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被控制器调用时，能执行如本发明所述的双闭环pid轨压控制方法的步骤。
14.本发明具有以下优点：本发明能够应用于电控共轨柴油机的轨压控制，实现了柴油机起动初期轨压快速平稳建压，保证了柴油机轨压在各工况下具有良好跟随性及响应速度，提高了轨压控制精度，从而有效解决了现有共轨柴油机起动建压慢、超调严重、响应速度慢等问题。
附图说明
15.图1是本发实施例中系统的原理框图；图2是本实施例中轨压冗余信号的流程图；图3是本实施例中轨压起动阶段控制策略框图；图4是本实施例中稳定运行阶段轨压双闭环控制策略框图；图5是本实施例中轨压增益pid控制框图。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明作进一步说明。
17.如图3和图4所示，本实施例中，一种双闭环pid轨压控制方法，根据柴油机不同状态采取不同的轨压控制方法，柴油机起动阶段，轨压控制方法采用开环+闭环控制方法，柴
油机正常运行阶段采用双闭环pid控制（轨压闭环+电流闭环）+压差增益补偿的控制方法。具体包括以下步骤：（1）柴油机起动初期建压较快：meu阀大开度起动，迅速建压，并在轨压达到起喷压力之前柴油机不喷油；保证柴油机起动前期快速建压。当柴油机起动失败后，meu阀完全关闭，喷油开关复位，等待下一次起动命令。
18.（2）柴油机起动迅速：柴油机轨压达到起喷压力后，柴油机喷油燃烧提供动力，柴油机转速快速上升，同时meu阀继续以较大开度供油；保证轨压快速上升，实现柴油机的快速起动。
19.（3）柴油机起动轨压超调小：轨压达到起动目标轨压时，轨压控制由开环控制转为闭环控制，目标轨压由起动目标轨压变为怠速轨压，轨压在pid控制器调节下达到怠速轨压，柴油机起动成功；起动目标轨压与怠速轨压相差不应过大，以保证柴油机起动成功时轨压超调较小，平稳运行。其中，轨压开环控制阶段的meu阀开度、起喷轨压、起动目标轨压、怠速轨压均可通过标定软件在线标定，以适应不同类型的共轨柴油机。
20.（4）柴油机稳定运行时，采用双闭环轨压控制，由目标轨压与实际轨压做差后经过经典pid计算得出meu阀开度补偿量，加上meu阀原来开度得出meu阀目标开度，通过查询开度-电流map得出控制meu阀的目标电流；由目标电流与实际电流做差后经过经典pid计算得出控制meu阀的电流补偿量，再加上原来的meu阀驱动电流数值，去驱动meu阀，改变高压油泵的泵油量，进而控制实际轨压，参见图4。
21.本实施例中，对目标轨压与实际轨压的压差进行分级，根据压差大小对pid控制器的pid参数进行pid增益补偿，其中，由转速与喷油量查询转速、喷油量与pid参数的对应关系表，得出各个工况下相对应的pid参数数值。由目标轨压与实际轨压的压差查询压差与pid的参数增益补偿量的对应关系表，得到所述压差下对应的pid增益补偿量。当压差绝对值为0bar时，参数p的增益补偿取1，当压差大于100bar时，参数p的增益补偿取最大值3，当压差绝对值在100bar以内时，采取插值法获取参数p的增益补偿；当压差绝对值为0bar时，参数i的增益补偿取1，当压差绝对值为200时，参数i的增益补偿取0.5，当压差绝对值在200bar以内时，采取插值法获取参数i的增益补偿；当压差绝对值小于50bar时，参数d的增益补偿取1，当压差绝对值大于200时，参数d的增益补偿取5，当压差绝对值在50-200bar时，采取插值法获取参数d的增益补偿值。由pid原始参数乘以pid增益补偿量进行比例控制、积分控制、微分控制，进而得出meu阀的开度补偿量，参与到轨压双闭环pid控制中，详见图5。
22.本实施例中，具有2路轨压传感器信号，运行过程中，实时监控2路轨压信号，判断当前用于逻辑计算的轨压信号是否有异常，当一路轨压信号出现异常后，可切换到另一个功能正常的轨压信号，继续进行轨压控制运算，系统中由一路轨压信号切换到另一路轨压信号时非常快速，涉及到轨压信号的逻辑计算不受影响，从而保证柴油机的稳定运行。
23.本实施例中，当轨压传感器所测得的轨压值超出传感器量程时，判定轨压传感器故障，并发出报警信号。当两个轨压传感器所测得的轨压差值大于预设差值时，发出报警信号。
24.如图1所示，本实施例中，一种双闭环pid轨压控制系统，包括轨压传感器a、轨压传感器b、轨压a信号处理模块1、轨压b信号处理模块2、微控制器系统模块3、meu阀驱动模块4、驱动对象5（meu阀）和电源模块；连接关系如下：
所述轨压传感器a与轨压a信号处理模块1连接。所述轨压传感器b与轨压b信号处理模块2连接。所述轨压a信号处理模块1、轨压b信号处理模块2和meu阀驱动模块4分别与微控制器系统模块3连接。所述驱动对象5与meu阀驱动模块4连接。所述电源模块分别与轨压a信号处理模块1、轨压b信号处理模块2、微控制器系统模块3、meu阀驱动模块4和驱动对象5连接。所述双闭环pid轨压控制系统被配置为能执行如本实施例中所述的双闭环pid轨压控制方法的步骤。
25.上电工作后，轨压传感器a和轨压传感器b采集轨压信号，转换为0-5v电压信号传输给微处理器系统模块3，微处理器系统模块3根据两路轨压传感器的状态选择一路轨压信号参与逻辑计算。
26.如图2所示，运行过程中，实时监控2路轨压信号，判断当前用于逻辑计算的轨压信号是否有异常，当一路轨压信号出现异常后，可切换到另一个功能正常的轨压信号，继续进行轨压控制运算，系统中由一路轨压信号切换到另一路轨压信号时非常快速，涉及到轨压信号的逻辑计算不受影响，从而保证柴油机的稳定运行。具体为：微处理器系统模块3实时监控2路轨压信号，当轨压传感器a与轨压传感器b所测得轨压值超出传感器量程时，判定轨压传感器故障，系统给出报警信号，当轨压传感器a与轨压传感器b测得的轨压差值大于某一定值时，系统给出报警信号。当轨压传感器a正常时，系统采用轨压传感器a测得的数值，当轨压传感器a故障且轨压传感器b正常时，系统采用轨压传感器b测得的数值，在保证发动机控制精度的前提下，提高控制系统的可靠性。其中轨压测量范围及两个轨压传感器测量数值的压差值均可标定配置，以适应不同型号类型的轨压传感器。
27.在诊断发现异常后，微处理器系统模块3会提示相应通道的传感器信号出现问题，以便进行问题排查。微处理器系统模块3实时监控报警消除，在整个过程中，不影响发动机正常运行。
28.本实施例中，所述电源模块6采用冗余电源模块6，由dc24v7和ac220v8两路电源输入，输出dc24v分别给各个模块供电；当1路电源输入出现断路、低压等影响系统正常工作时，自动切换到另一路电源输入工作，保证系统的可靠工作；冗余电源模块6为各模块供电。

技术特征：
1.一种双闭环pid轨压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）柴油机起动初期建压较快：meu阀大开度起动，迅速建压，并在轨压达到起喷压力之前柴油机不喷油；（2）柴油机起动迅速：柴油机轨压达到起喷压力后，柴油机喷油燃烧提供动力，柴油机转速快速上升，同时meu阀继续以较大开度供油；（3）柴油机起动轨压超调小：轨压达到起动目标轨压时，轨压控制由开环控制转为闭环控制，目标轨压由起动目标轨压变为怠速轨压，轨压在pid控制器调节下达到怠速轨压，柴油机起动成功；（4）柴油机稳定运行时，采用双闭环轨压控制，由目标轨压与实际轨压做差后经过经典pid计算得出meu阀开度补偿量，加上meu阀原来开度得出meu阀目标开度，通过查询开度-电流map得出控制meu阀的目标电流；由目标电流与实际电流做差后经过经典pid计算得出控制meu阀的电流补偿量，再加上原来的meu阀驱动电流数值，去驱动meu阀，改变高压油泵的泵油量，进而控制实际轨压。2.根据权利要求1所述的双闭环pid轨压控制方法，其特征在于：对目标轨压与实际轨压的压差进行分级，根据压差大小对pid控制器的pid参数进行增益补偿；其中，由转速与喷油量查询转速、喷油量与pid参数的对应关系表，得出各个工况下相对应的pid参数数值；由目标轨压与实际轨压的压差查询压差与pid的参数增益补偿量的对应关系表，得到所述压差下对应的pid增益补偿量。3.根据权利要求1或2所述的双闭环pid轨压控制方法，其特征在于：具有2路轨压传感器信号，运行过程中，实时监控2路轨压信号，判断当前用于逻辑计算的轨压信号是否有异常，当一路轨压信号出现异常后，切换到另一个功能正常的轨压信号，继续进行轨压控制运算。4.根据权利要求3所述的双闭环pid轨压控制方法，其特征在于：当轨压传感器所测得的轨压值超出传感器量程时，判定轨压传感器故障，并发出报警信号。5.根据权利要求3所述的双闭环pid轨压控制方法，其特征在于：当两个轨压传感器所测得的轨压差值大于预设差值时，发出报警信号。6.一种双闭环pid轨压控制系统，其特征在于：包括轨压传感器a、轨压传感器b、轨压a信号处理模块（1）、轨压b信号处理模块（2）、微控制器系统模块（3）、meu阀驱动模块（4）、驱动对象（5）和电源模块；所述轨压传感器a与轨压a信号处理模块（1）连接；所述轨压传感器b与轨压b信号处理模块（2）连接；所述轨压a信号处理模块（1）、轨压b信号处理模块（2）和meu阀驱动模块（4）分别与微控制器系统模块（3）连接；所述驱动对象（5）与meu阀驱动模块（4）连接；所述电源模块分别与轨压a信号处理模块（1）、轨压b信号处理模块（2）、微控制器系统模块（3）、meu阀驱动模块（4）和驱动对象（5）连接；所述双闭环pid轨压控制系统被配置为能执行如权利要求1至5任一所述的双闭环pid轨压控制方法的步骤。7.根据权利要求6所述的双闭环pid轨压控制系统，其特征在于：所述电源模块（6）采用
冗余电源模块（6），由dc24v(7)和ac220v(8)两路电源输入，输出dc24v分别给各个模块供电；当1路电源输入出现影响系统正常工作的故障时，自动切换到另一路电源输入工作。8.一种共轨柴油机，其特征在于：采用如权利要求6或7所述的双闭环pid轨压控制系统。9.一种存储介质，其特征在于：其内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被控制器调用时，能执行如权利要求1至5任一所述的双闭环pid轨压控制方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种双闭环PID轨压控制方法、系统、共轨柴油机及存储介质，根据柴油机不同状态采取不同的轨压控制方法，柴油机起动阶段，轨压控制方法采用开环+闭环控制方法，柴油机正常运行阶段采用双闭环PID控制+压差增益补偿的控制方法。本发明能够应用于电控共轨柴油机的轨压控制，实现了柴油机起动初期轨压快速平稳建压，保证了柴油机轨压在各工况下具有良好跟随性及响应速度，提高了轨压控制精度，从而有效解决了现有共轨柴油机起动建压慢、超调严重、响应速度慢等问题。响应速度慢等问题。响应速度慢等问题。


技术研发人员：王文成 李鹏豪 吴庆林 王纪方 桑印 陈兴华 贾波凯
受保护的技术使用者：重庆红江机械有限责任公司
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/3/8