一种EGR控制的方法、装置及电子设备

技术领域

本申请涉及发动机控制技术领域，尤其涉及一种EGR控制的方法、装置及电子设备。

背景技术

为了满足日益严格的发动机废气排放要求，通常会配合发动机设置废气再循环(Exhaust Gas Re-circulation，EGR)系统，EGR通过将发动机排出的部分废气回送到进气管中，再与新鲜混合气一起再次进入气缸，降低进气中的含氧量，从而降低燃烧温度，减小排放污染。但是，在废气再循环的过程中，如果循环利用的废气过多，会导致进入气缸的含氧量不满足规定值，进而影响发动机的功率，因此，根据发动机的实际工况，控制EGR的占空比，进而实现对EGR阀门的开度的控制，保证发动机在正常使用的同时，也能降低废气排放，显得十分重要。

为了解决上述问题，传统方案通过PID控制器实现EGR系统的闭环控制，在PID控制的过程中，按差值的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制。具体来说，现有方法主要是计算EGR阀门开度参考值和EGR阀门当前开度值的差值，然后将差值输入到PID控制器中，进而得到输出占空比，控制EGR系统。

然而，PID控制中P、I和D的增益难以调节，无法根据反馈不断更新，需要花费大量时间不断试凑，因此若采用PID控制方式，会存在EGR系统响应性滞后的问题。

发明内容

本申请提供一种EGR控制的方法、装置及电子设备，通过ESO直接估算系统扰动量，使得在计算EGR阀门的占空比的时候，能够考虑系统扰动量的大小，进而使得EGR阀门实际开度值比更加接近EGR阀门的目标开度值，从而减少控制系统的调节时间，提高EGR系统的响应性。

第一方面，本申请提供了一种EGR控制的方法，所述方法包括：根据从扩张观测器ESO观测得到的EGR阀门当前开度值、EGR阀门当前开度的一阶导数以及扰动量，计算EGR阀门的占空比，然后根据所述占空比，对EGR阀门的开度进行控制。

在上述方法中，通过ESO直接估算系统扰动量，使得在计算EGR阀门的占空比的时候，能够考虑系统扰动量的大小，进而使得EGR阀门实际开度值比更加接近EGR阀门的目标开度值，从而减少控制系统的调节时间，提高EGR系统的响应性。

在一种可能的设计中，在从扩张观测器ESO中观测得到EGR阀门当前开度值、EGR阀门当前开度的一阶导数以及扰动量之前，还包括：建立EGR系统的二阶微分方程，并基于二阶微分方程，构建扩张状态观测器ESO。

在一种可能的设计中，建立EGR系统的二阶微分方程，具体通过如下公式得到：

其中，

在一种可能的设计中，构建扩张状态观测器ESO，包括：

根据二阶微分方程，得到EGR系统的扩张状态方程：

其中，

基于上述扩张状态方程，得到扩张状态观测器ESO：

其中，状态量x估计值为

在一种可能的设计中，计算EGR阀门的占空比，包括：根据EGR阀门开度参考值和EGR阀门当前开度值计算得到第一控制量后，基于第一控制量和EGR阀门当前开度的一阶导数，计算得到第二控制量，再根据第二控制量、EGR阀门当前开度值和扰动量，计算得到EGR阀门的占空比。

在一种可能的设计中，计算第二控制量，具体通过如下公式得到：

其中，

在一种可能的设计中，计算EGR阀门的占空比，具体通过如下公式得到：

其中，u为所述EGR阀门的占空比，

第二方面，本申请提供了一种EGR控制的装置，所述装置包括：

观测模块，通过扩张观测器ESO观测得到EGR阀门当前开度值、EGR阀门当前开度的一阶导数以及扰动量；

计算模块，根据所述EGR阀门当前开度值、所述EGR阀门当前开度的一阶导数以及所述扰动量，计算EGR阀门的占空比；

控制模块，根据所述占空比，对所述EGR阀门的开度进行控制。

在一种可能的设计中，在所述观测模块前，还用于建立EGR系统的二阶微分方程；基于所述二阶微分方程，构建扩张状态观测器ESO。。

在一种可能的设计中，在所述观测模块前，还用于建立EGR系统的二阶微分方程，具体通过如下公式得到：

其中，

在一种可能的设计中，在所述观测模块前，还用于基于所述二阶微分方程，构建扩张状态观测器ESO，包括：

根据所述二阶微分方程，得到所述EGR系统的扩张状态方程：

其中，

根据所述扩张状态方程，得到所述扩张状态观测器ESO：

其中，状态量x估计值为

在一种可能的设计中，所述计算模块，具体用于根据EGR阀门开度参考值和所述EGR阀门当前开度值得到第一控制量；根据所述第一控制量和所述EGR阀门当前开度的一阶导数，计算第二控制量；根据所述第二控制量、所述EGR阀门当前开度值和所述扰动量，计算所述EGR阀门的占空比。

在一种可能的设计中，所述计算模块，具体用于计算第二控制量，通过如下公式得到：

其中，

在一种可能的设计中，所述计算模块，具体用于计算所述EGR阀门的占空比，通过如下公式得到：

其中，u为所述EGR阀门的占空比，

第三方面，本申请提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行所述存储器上所存放的计算机程序时，实现上述的一种检测运动状态异常的对象的方法步骤。

第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的一种检测运动状态异常的对象的方法步骤。

上述第二方面至第四方面中的各个方面以及各个方面可能达到的技术效果请参照上述针对第一方面或第一方面中的各种可能方案可以达到的技术效果说明，这里不再重复赘述。

附图说明

图1为本申请提供的一种EGR控制的方法的流程图；

图2为本申请提供的一种构建ESO的方法的流程图；

图3为本申请提供的一种EGR控制的可能应用场景的示意图；

图4为本申请提供的一种EGR控制的装置的示意图；

图5为本申请提供的一种电子设备的结构的示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。方法实施例中的具体操作方法也可以应用于装置实施例或系统实施例中。需要说明的是，在本申请的描述中“多个”理解为“至少两个”。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。A与B连接，可以表示：A与B直接连接和A与B通过C连接这两种情况。另外，在本申请的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。

为了便于本领域技术人员更好理解本申请的内容，下面对本申请中涉及的相关术语作如下解释：

1、EGR：EGR是在发动机系统中的重要部件，通过将废气引入进气管中，降低进气中的氧气含量和燃烧温度，进而减少NOx的排放。

2、PID控制：经典控制理论中的常用控制方法，包括比例环节、积分环节、微分环节，实现系统的闭环控制。PID主要根据EGR开度设定值与EGR开度实际值的偏差调整输出。

下面结合附图对本申请实施例所提供的方法作出进一步详细说明。

参阅图1所示，本申请实施例提供了一种EGR控制的方法，具体流程如下：

步骤101：通过扩张观测器ESO观测得到EGR阀门当前开度值、所述EGR阀门当前开度的一阶导数以及扰动量；

在本申请实施例中，ESO是基于EGR系统的二阶微分方程构建，通过ESO，不仅能够观测出EGR系统中的EGR阀门当前开度值和EGR阀门当前开度的一阶导数，还能观测得到无法直接从EGR系统中获取的扰动量。

步骤102：根据所述EGR阀门当前开度值、所述EGR阀门当前开度的一阶导数以及所述扰动量，计算EGR阀门的占空比；

在本申请实施例中，计算EGR阀门的占空比的过程中，不仅考虑EGR阀门当前开度值、EGR阀门当前开度的一阶导数，还考虑EGR系统的扰动量，使得计算得到EGR阀门开度值更加接近EGR阀门实际所需的目标开度值。

步骤103：根据所述占空比，对所述EGR阀门的开度进行控制。

在本申请实施例中，根据EGR阀门的占空比，对EGR阀门的开度进行控制的具体方法为：根据EGR阀门的占空比，调节EGR阀门开度的大小，从而控制EGR阀门的开度，从而提高EGR控制系统的响应性。

基于本申请实施例提供的一种EGR控制方法，利用ESO对系统扰动量进行预估，并将系统扰动量补偿到输入端，使得在计算EGR阀门的占空比的时候，还能够考虑系统扰动量的大小，进而使得计算得到的EGR阀门开度值更加接近EGR阀门的目标开度值，从而提高EGR控制系统的响应性。

在上述控制方法中，EGR系统的扰动量可以通过ESO获取，如图2所示，为构建ESO的方法流程，包括如下步骤：

步骤201：建立EGR系统的二阶微分方程；

首先，对直流电机进行建模：

在公式1中，V

对直流电机扭矩关系建模：

在公式2中，T

进一步，在公式2中，T

针对H桥电路，若占空比为u，对应有如下公式：

在公式3中，V

考虑到EGR阀门内部转动结构，其中传动轮齿比对应有如下公式：

在公式4中，n为传动轮齿比，T

进一步，还考虑EGR阀门内部的复位弹簧，以默认全开状态对弹簧力进行建模：

T

在公式5中，T

进一步，在考虑到弹簧力的基础上，还考虑气流冲击、摩擦力等因素，以EGR阀片为对象，建立如下公式：

在公式6中，T

在本申请实施例中，结合上述公式1-公式6，可以得到如下公式：

对上述公式进一步简化：

针对公式7，令(J

即公式8为以H桥类型EGR系统为例建立的二阶微分方程。

步骤202：基于所述二阶微分方程，构建扩张状态观测器ESO。

在本申请实施例中，基于公式8，可推理得到EGR系统的扩张状态方程：

在公式9中，

根据公式9，得到所述扩张状态观测器ESO的数学模型：

其中，状态量x估计值为

基于上述方法，首先构建EGR系统的二阶微分方程，然后基于构建的二阶微分方程，来构建ESO。

进一步，通过ESO观测得到扰动量，根据EGR阀门当前开度值、EGR阀门当前开度的一阶导数和扰动量，计算EGR阀门的占空比，具体计算方法如下：

将EGR阀门开度参考值和EGR阀门当前开度值之间的差值输入比例控制器，计算得到第一控制量，具体计算公式为：

K

在公式11中，K

结合公式11，根据EGR阀门当前开度的一阶导数，计算得到第二控制量，具体计算公式为：

在公式12中，

基于公式12，考虑扰动量，计算得到EGR阀门的占空比，具体计算公式为：

在公式13中，u为所述EGR阀门的占空比。

通过上述方式，计算得到EGR阀门的占空比，该EGR阀门占空比进一步考虑EGR系统的扰动量，使得计算得到的EGR阀门的占空比更加接近EGR阀门实际所需的目标占空比。

最后，基于计算得到的EGR阀门的占空比对EGR阀门的开度进行控制。

本申请实施例基于上述方法，通过ESO直接估算系统扰动量，使得在计算EGR阀门的占空比的时候，能够考虑系统扰动量的大小，进而使得EGR阀门实际开度值比更加接近EGR阀门的目标开度值，从而减少控制系统的调节时间，提高系统的响应性。

此外，由于该ERG控制方法中的大部分参数均为系统固有参数，可直接获取，因而可减少标定工作量。

进一步，为了更加详细阐述本申请提供的一种EGR控制方法，下面通过具体的应用场景对本申请所提供的方法进行详细说明。

如图3所示，本申请实施例中还提供了一种基于上述EGR控制方法的可能的应用场景的示意图。

在图3中，将EGR阀门开度参考值(位置设定值)θ

在图3的ESO中获取EGR阀门当前开度值x

根据第一控制量K

结合第二控制量

最后，根据计算得到的EGR阀门的占空比，对EGR系统的EGR阀门的开度大小进行调整。

在上述过程中，计算EGR阀门开度的扰动量f是通过扩张状态控制器ESO来获取的，构建扩张状态控制器ESO的具体方法可以参考图2所示的方法流程。

基于上述EGR控制方法，通过ESO直接估算系统扰动量，使得在计算EGR阀门的占空比的时候，能够考虑系统扰动量的大小，进而使得EGR阀门实际开度值比更加接近EGR阀门的目标开度值，从而减少控制系统的调节时间，提高EGR系统的响应性。

此外，由于该ERG控制方法中的大部分参数均为系统固有参数，可直接获取，因而可减少标定工作量。

基于同一发明构思，本申请还提供了一种EGR控制的装置，通过ESO直接估算系统扰动量，使得在计算EGR阀门的占空比的时候，能够考虑系统扰动量的大小，进而使得EGR阀门实际开度值比更加接近EGR阀门的目标开度值，从而减少控制系统的调节时间，提高EGR系统的响应性。参见图4，该装置包括：

观测模块401，通过扩张观测器ESO观测得到EGR阀门当前开度值、EGR阀门当前开度的一阶导数以及扰动量；

计算模块402，根据所述EGR阀门当前开度值、所述EGR阀门当前开度的一阶导数以及所述扰动量，计算EGR阀门的占空比；

控制模块403，根据所述占空比，对所述EGR阀门的开度进行控制。

在一种可能的设计中，在所述观测模块401前，还用于建立EGR系统的二阶微分方程；基于所述二阶微分方程，构建扩张状态观测器ESO。

在一种可能的设计中，在所述观测模块401前，还用于建立EGR系统的二阶微分方程，具体通过如下公式得到：

其中，

在一种可能的设计中，在所述观测模块401前，还用于基于所述二阶微分方程，构建扩张状态观测器ESO，包括：

根据所述二阶微分方程，得到所述EGR系统的扩张状态方程：

其中，

根据所述扩张状态方程，得到所述扩张状态观测器ESO：

其中，状态量x估计值为

在一种可能的设计中，所述计算模块402，具体用于根据EGR阀门开度参考值和所述EGR阀门当前开度值得到第一控制量；根据所述第一控制量和所述EGR阀门当前开度的一阶导数，计算第二控制量；根据所述第二控制量、所述EGR阀门当前开度值和所述扰动量，计算所述EGR阀门的占空比。

在一种可能的设计中，所述计算模块402，具体用于计算第二控制量，通过如下公式得到：

其中，

在一种可能的设计中，所述计算模块402，具体用于计算所述EGR阀门的占空比，通过如下公式得到：

其中，u为所述EGR阀门的占空比，

基于上述装置，通过ESO直接估算系统扰动量，使得在计算EGR阀门的占空比的时候，能够考虑系统扰动量的大小，进而使得EGR阀门实际开度值比更加接近EGR阀门的目标开度值，从而减少控制系统的调节时间，提高EGR系统的响应性。

基于同一发明构思，本申请实施例中还提供了一种电子设备，所述电子设备可以实现前述一种EGR控制的装置的功能，参考图5，所述电子设备包括：

至少一个处理器501，以及与至少一个处理器501连接的存储器502，本申请实施例中不限定处理器501与存储器502之间的具体连接介质，图5中是以处理器501和存储器502之间通过总线500连接为例。总线500在图5中以粗线表示，其它部件之间的连接方式，仅是进行示意性说明，并不引以为限。总线500可以分为地址总线、数据总线、控制总线等，为便于表示，图5中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。或者，处理器501也可以称为控制器，对于名称不做限制。

在本申请实施例中，存储器502存储有可被至少一个处理器501执行的指令，至少一个处理器501通过执行存储器502存储的指令，可以执行前文论述的EGR控制方法。处理器501可以实现图5所示的装置中各个模块的功能。

其中，处理器501是该装置的控制中心，可以利用各种接口和线路连接整个该控制设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器502内的指令以及调用存储在存储器502内的数据，该装置的各种功能和处理数据，从而对该装置进行整体监控。

在一种可能的设计中，处理器501可包括一个或多个处理单元，处理器501可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器501中。在一些实施例中，处理器501和存储器502可以在同一芯片上实现，在一些实施例中，它们也可以在独立的芯片上分别实现。

处理器501可以是通用处理器，例如中央处理器(CPU)、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，可以实现或者执行本申请实施例中公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的EGR控制方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。

存储器502作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。存储器502可以包括至少一种类型的存储介质，例如可以包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器、随机访问存储器(Random AccessMemory，RAM)、静态随机访问存储器(Static Random Access Memory，SRAM)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，PROM)、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、带电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等等。存储器502是能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。本申请实施例中的存储器502还可以是电路或者其它任意能够实现存储功能的装置，用于存储程序指令和/或数据。

通过对处理器501进行设计编程，可以将前述实施例中介绍的EGR控制方法所对应的代码固化到芯片内，从而使芯片在运行时能够执行图1所示的实施例的EGR控制方法的步骤。如何对处理器501进行设计编程为本领域技术人员所公知的技术，这里不再赘述。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种存储介质，该存储介质存储有计算机指令，当该计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行前文论述EGR控制方法。

在一些可能的实施方式中，本申请提供的EGR控制方法的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在装置上运行时，程序代码用于使该控制设备执行本说明书上述描述的根据本申请各种示例性实施方式的EGR控制方法中的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。