用于氮氧传感器解耦控制的PID参数自适应确定方法及其应用

本发明属于汽车尾气传感检测领域，更具体地，涉及用于氮氧传感器解耦控制的pid参数自适应确定方法及其应用。

背景技术：

1、机动车在方便人们日常出行的同时，其尾气排放带来的环境污染问题不忽视。因此，有必要研制一种低成本、高性能的车用氮氧化物传感器及其控制系统，用来检测汽车尾气中氮氧化物的浓度。

2、从三腔室的氮氧传感器原理可知，陶瓷芯片内部的腔室之间相互导通，各变量之间的关系并不独立，当控制回路中的一个输入发生改变时，除了自身的控制回路会产生调节作用，对其他腔室的控制也会收到影响。针对这种耦合的非线性系统，通常使用逆系统的方法，基于被控对象模型，通过某种方法获得被控对象的阶积分逆系统模型，将对象补偿为具有线性传递关系的系统，再利用线性系统的对角矩阵法、状态变量法、逆奈氏矩阵法等实现解耦，最后针对每一个被控量建立控制策略。但该解耦控制过程不仅在理论上复杂，同时难以应用到实际的控制器设计中。

3、鉴于此，针对这种三腔室耦合的氮氧传感器，目前实际的控制方法依旧采用传统的三路pid，传统的pid控制凭借其算法简单、可靠性高、易于实现的优势，已经在工业控制中得到了广泛的应用。但传统的pid控制对于三腔室耦合的氮氧传感器这种耦合性强、非线性、时滞的系统，难以保证高精度和高响应速度，整体控制效果不佳。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了用于氮氧传感器解耦控制的pid参数自适应确定方法及其应用，其目的在于提高对于三腔室耦合的氮氧传感器的控制精度。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于氮氧传感器解耦控制的pid参数自适应确定方法，包括：

3、将解耦各路pid控制器的所有pid参数构成一组参数，采用参数寻优的方式，结合多输入多输出解耦控制电路，对所述一组参数同步进行自适应寻优，最终确定解耦各路pid控制器的pid参数取值；

4、其中，所述参数寻优的过程中所采用的自适应度函数为各路被控参数相对目标值的偏差绝对值的加和；所述多输入多输出解耦控制电路包括被控氮氧传感器。

5、进一步，所述多输入多输出解耦控制电路为基于模糊前馈解耦的氮氧传感器解耦控制电路。

6、进一步，所述氮氧传感器解耦控制电路分为三路，每路包括自适应解耦控制器和被控对象，每一路自适应解耦控制器由自适应pid控制器和模糊前馈解耦器两个模块组成，这两个模块输出信号的叠加作为对应被控对象的输入；

7、各路被控参数分别为副泵所产生的电流ip1、第二腔室泵单元上的能斯特电压v1以及第三腔室泵单元上的能斯特电压v2。

8、进一步，每路中所述模糊前馈解耦器的输入为除该路外其它各路所对应的所述偏差；每路中所述自适应pid控制器的输入为对应被控参数相对其目标值的偏差。

9、进一步，采用粒子群算法执行所述参数寻优。

10、本发明还提供一种用于氮氧传感器解耦控制的pid参数自适应确定装置，包括：处理器以及多输入多输出解耦控制电路；

11、所述处理器用于将解耦各路pid控制器的所有pid参数构成一组参数，采用参数寻优的方式，结合多输入多输出解耦控制电路，对所述一组参数同步进行自适应寻优，最终确定解耦各路pid控制器的pid参数取值；其中，所述参数寻优的过程中所采用的自适应度函数为各路被控参数相对目标值的偏差绝对值的加和；

12、所述多输入多输出解耦控制电路包括被控氮氧传感器和多路控制器。

13、本发明还提供一种氮氧传感器解耦控制电路，为多输入多输出解耦控制电路，包括目标氮氧传感器和多路控制器；其中，所述多路控制器中所采用的所有pid参数是由如上项所述的pid参数自适应确定方法所确定得到。

14、本发明还提供一种氮氧传感器解耦控制方法，基于如上所述的一种氮氧传感器解耦控制电路实现对目标氮氧传感器的解耦控制。

15、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

16、(1)针对多输入多输出解耦控制电路中多路控制回路之间存在的耦合情况，本发明使用参数寻优算法将控制电路中的所有pid参数作为一个整体进行寻优，该方法考虑了耦合的存在，容易实现全局最优而不是某些回路的局部最优，另外，考虑到各个回路的集体控制，适应度函数设置为各路被控参数相对目标值的偏差绝对值的加和。三腔室氮氧传感器通过多路自适应解耦控制器的解耦和控制，不仅消除了回路之间的耦合，提高了控制精度，而且采用了自适应的方式找到了最适合系统控制的一组pid参数，两者结合能让氮氧传感器工作在稳定可靠的状态下，提高对于三腔室耦合的氮氧传感器的控制精度。

17、(2)针对基于模糊前馈解耦的氮氧传感器解耦控制电路中多路控制回路之间存在的耦合情况，模糊前馈解耦能够有效减弱回路间的相互干扰，但是无法完全消除耦合，基于此，本发明使用参数寻优算法将所有pid参数作为一个整体进行寻优，该方法考虑了弱耦合的存在，更容易实现全局最优而不是某些回路的局部最优。这种优选方式将pid自寻优与前馈模糊补偿解耦相结合，能够实现氮氧传感器各腔室复杂的控制过程，使其能够更加精确、快速地实现气氛检测功能。

18、(3)本发明优选模糊前馈控制器的输入为其他各路的偏差，不包含其他各路的偏差变化率，这样不仅能够根据其他各路实时偏差值给出特定的补偿，同时避免了模糊控制器输入范围设置不当导致的区间两侧模糊规则失效等问题，可以有效提升控制的精度。

技术特征：

1.一种用于氮氧传感器解耦控制的pid参数自适应确定方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的pid参数自适应确定方法，其特征在于，所述多输入多输出解耦控制电路为基于模糊前馈解耦的氮氧传感器解耦控制电路。

3.根据权利要求2所述的pid参数自适应确定方法，其特征在于，所述氮氧传感器解耦控制电路分为三路，每路包括自适应解耦控制器和被控对象，每一路自适应解耦控制器由自适应pid控制器和模糊前馈解耦器两个模块组成，这两个模块输出信号的叠加作为对应被控对象的输入；

4.根据权利要求3所述的pid参数自适应确定方法，其特征在于，每路中所述模糊前馈解耦器的输入为除该路外其它各路所对应的所述偏差；每路中所述自适应pid控制器的输入为对应被控参数相对其目标值的偏差。

5.根据权利要求1至4任一项所述的pid参数自适应确定方法，其特征在于，采用粒子群算法执行所述参数寻优。

6.一种用于氮氧传感器解耦控制的pid参数自适应确定装置，其特征在于，包括：处理器以及多输入多输出解耦控制电路；

7.一种氮氧传感器解耦控制电路，其特征在于，为多输入多输出解耦控制电路，包括被控氮氧传感器和多路控制器；其中，所述多路控制器中所采用的所有pid参数是由如权利要求1至5任一项所述的pid参数自适应确定方法所确定得到。

8.一种氮氧传感器解耦控制方法，其特征在于，基于如权利要求7所述的一种氮氧传感器解耦控制电路实现对目标氮氧传感器的解耦控制。

技术总结本发明属于汽车尾气传感检测领域，具体涉及用于氮氧传感器解耦控制的PID参数自适应确定方法及其应用，包括：将解耦各路PID控制器的所有PID参数构成一组参数，采用参数寻优的方式，结合多输入多输出解耦控制电路，对所述一组参数同步进行自适应寻优，最终确定解耦各路PID控制器的PID参数取值；其中，参数寻优的过程中所采用的自适应度函数为各路被控参数相对目标值的偏差绝对值的加和；多输入多输出解耦控制电路包括被控氮氧传感器。本发明能够提高对于三腔室耦合的氮氧传感器的控制精度。技术研发人员：李曦,孙灿,汪振,王杰,谯宇受保护的技术使用者：华中科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23