节气门开度的控制方法、控制装置和节气门系统

摘要

本发明公开了一种节气门开度的控制方法、控制装置和节气门系统，该方法包括：获取节气门的需求开度和实际开度；将需求开度输入跟踪微分器，计算得到滤波后的需求开度和滤波后的需求开度变化率；将实际开度输入线性扩张状态观测器，计算得到节气门的观测开度和观测开度变化率；根据开度误差和开度变化率误差计算得到占空比，开度误差为滤波后的需求开度与观测开度的差值，开度变化率误差为滤波后的需求开度变化率与观测开度变化率的差值；根据占空比控制节气门的开度。该方法解决现有技术中PID控制器的鲁棒性和追踪性无法满足当前控制的需求的技术问题。

说明书

技术领域

本发明涉及节气门控制领域，具体而言，涉及一种节气门开度的控制方法、控制装置、计算机可读存储介质、处理器和节气门系统。

背景技术

现有技术中，采用传统PID控制器来控制节气门开度，传统PID控制器的鲁棒性和追踪性无法满足当前控制的需求，且过多的标定量导致时间成本增加。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种节气门开度的控制方法、控制装置、计算机可读存储介质、处理器和节气门系统，以至少解决现有技术中PID控制器的鲁棒性和追踪性无法满足当前控制的需求的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种节气门开度的控制方法，包括：获取节气门的需求开度和实际开度；将所述需求开度输入跟踪微分器，计算得到滤波后的需求开度和滤波后的需求开度变化率；将所述实际开度输入线性扩张状态观测器，计算得到所述节气门的观测开度和观测开度变化率；根据开度误差和开度变化率误差计算得到占空比，所述开度误差为所述滤波后的需求开度与所述观测开度的差值，所述开度变化率误差为所述滤波后的需求开度变化率与所述观测开度变化率的差值；根据所述占空比控制所述节气门的开度。

可选地，所述跟踪微分器包括第一计算公式和第二计算公式，所述第一计算公式用于计算所述滤波后的需求开度，所述第二计算公式用于计算所述滤波后的需求开度变化率。

可选地，所述线性扩张状态观测器包括第三计算公式和第四计算公式，所述第三计算公式用于计算所述观测开度，所述第四计算公式用于计算所述观测开度变化率。

可选地，在根据开度误差和开度变化率误差计算得到占空比之前，所述方法还包括：将所述实际开度输入所述线性扩张状态观测器，计算得到观测扰动，所述观测扰动为包含内部扰动和外部扰动的总扰动。

可选地，根据开度误差和开度变化率误差计算得到占空比，包括：根据开度误差和开度变化率误差计算得到待补偿占空比，所述待补偿占空比为带扰动的占空比；根据所述观测扰动和控制增益对所述待补偿占空比进行补偿，得到所述占空比。

可选地，所述需求开度为根据所述节气门的工况确定的，所述工况包括经济工况、大负荷工况、怠速工况、加速工况和冷车工况，所述工况与所述需求开度一一对应。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种节气门开度的控制装置，包括：获取单元，用于获取节气门的需求开度和实际开度；第一计算单元，用于将所述需求开度输入跟踪微分器，计算得到滤波后的需求开度和滤波后的需求开度变化率；第二计算单元，用于将所述实际开度输入线性扩张状态观测器，计算得到所述节气门的观测开度和观测开度变化率；第三计算单元，用于根据开度误差和开度变化率误差计算得到占空比，所述开度误差为所述滤波后的需求开度与所述观测开度的差值，所述开度变化率误差为所述滤波后的需求开度变化率与所述观测开度变化率的差值；控制单元，用于根据所述占空比控制所述节气门的开度。

根据本发明实施例的另一方面，还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包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行任意一种所述方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行任意一种所述方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种节气门系统，包括节气门、一个或多个处理器、存储器，其中，所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行任意一种所述的方法。

在本发明实施例中，上述节气门开度的控制方法中，首先，获取节气门的需求开度和实际开度；然后，将上述需求开度输入跟踪微分器，计算得到滤波后的需求开度和滤波后的需求开度变化率；之后，将上述实际开度输入线性扩张状态观测器，计算得到上述节气门的观测开度和观测开度变化率；之后，根据开度误差和开度变化率误差计算得到占空比，上述开度误差为上述滤波后的需求开度与上述观测开度的差值，上述开度变化率误差为上述滤波后的需求开度变化率与上述观测开度变化率的差值；最后，根据上述占空比控制上述节气门的开度。该方法通过跟踪微分器实现对于节气门开度和节气门开度变化率的滤波，可以同时达成对需求开度与需求开度变化率的跟踪，同时提供突变信号的缓和作用，降低信号突变对控制效果的影响，提升了跟踪性，通过线性扩张状态观测器分析闭环反馈观测开度及其变化率，提升了鲁棒性，从而解决了现有技术中PID控制器的鲁棒性和追踪性无法满足当前控制的需求的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种节气门开度的控制方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种节气门开度的控制装置的示意图；

图3是根据实施例1的一种节气门开度的控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，以下对本申请实施例涉及的部分名词或术语进行说明：

PID控制：经典控制理论中的常用控制方法，包含比例环节P，积分环节I以及微分环节D，构建系统闭环控制。

跟踪微分器：一种带导数动态跟踪性能的低通滤波器。

反馈控制律：PID控制器所使用的基本控制技术。本控制器中由于使用ESO，所以可以取代I控制器。

扩张状态观测器：基于状态空间方程构建的全阶状态观测器，特点是除了原有状态变量外，将无法建模的扰动部分也变为状态变量同时进行预估。

扰动补偿：又叫系统增益，扰动补偿的作用是将系统运行过程产生的误差作为一个整体进行补偿，构造系统控制律与输入输出间的复杂关系的代数表示。

控制带宽：控制器的时间尺度，一般认为与响应时间有关，各阶系统都分别需要满足响应时间的一定比例。

正如背景技术中所说的，现有技术中PID控制器的鲁棒性和追踪性无法满足当前控制的需求，为了解决上述问题，本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种节气门开度的控制方法、控制装置、计算机可读存储介质、处理器和节气门系统。

根据本申请的实施例，提供了一种节气门开度的控制方法。

图1是根据本申请实施例的节气门开度的控制方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S101，获取节气门的需求开度和实际开度；

步骤S102，将上述需求开度输入跟踪微分器，计算得到滤波后的需求开度和滤波后的需求开度变化率；

步骤S103，将上述实际开度输入线性扩张状态观测器，计算得到上述节气门的观测开度和观测开度变化率；

步骤S104，根据开度误差和开度变化率误差计算得到占空比，上述开度误差为上述滤波后的需求开度与上述观测开度的差值，上述开度变化率误差为上述滤波后的需求开度变化率与上述观测开度变化率的差值；

步骤S105，根据上述占空比控制上述节气门的开度。

上述节气门开度的控制方法中，首先，获取节气门的需求开度和实际开度；然后，将上述需求开度输入跟踪微分器，计算得到滤波后的需求开度和滤波后的需求开度变化率；之后，将上述实际开度输入线性扩张状态观测器，计算得到上述节气门的观测开度和观测开度变化率；之后，根据开度误差和开度变化率误差计算得到占空比，上述开度误差为上述滤波后的需求开度与上述观测开度的差值，上述开度变化率误差为上述滤波后的需求开度变化率与上述观测开度变化率的差值；最后，根据上述占空比控制上述节气门的开度。该方法通过跟踪微分器实现对于节气门开度和节气门开度变化率的滤波，可以同时达成对需求开度与需求开度变化率的跟踪，同时提供突变信号的缓和作用，降低信号突变对控制效果的影响，提升了跟踪性，通过线性扩张状态观测器分析闭环反馈观测开度及其变化率，提升了鲁棒性，从而解决了现有技术中PID控制器的鲁棒性和追踪性无法满足当前控制的需求的问题。

需要说明的是，控制信号的占空比与节气门的开度的数值相同，即控制信号的占空比为20％，节气门的开度为20％。

还需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本申请的一种实施例中，上述跟踪微分器包括第一计算公式和第二计算公式，上述第一计算公式用于计算上述滤波后的需求开度，上述第二计算公式用于计算上述滤波后的需求开度变化率。具体地，上述第一计算公式为y

本申请的一种实施例中，上述线性扩张状态观测器包括第三计算公式和第四计算公式，上述第三计算公式用于计算上述观测开度，上述第四计算公式用于计算上述观测开度变化率。具体地，上述第三计算公式为z

需要说明的是，一般的观测器仅观测系统的状态，只有输出和输出的导数，即实际开度以及实际开度的变化率；扩张状态观测器可以对无法建模表征的部分进行观测，即扰动；由于增加了一维的观测度，所以称其为“扩张”状态观测器，且没有使用非线性函数fal作为区分，所以又称线性扩张状态观测器。

本申请的一种实施例中，在根据开度误差和开度变化率误差计算得到占空比之前，上述方法还包括：将上述实际开度输入上述线性扩张状态观测器，计算得到观测扰动，上述观测扰动为包含内部扰动和外部扰动的总扰动。具体地，上述观测扰动z

本申请的一种实施例中，根据开度误差和开度变化率误差计算得到占空比，包括：根据开度误差和开度变化率误差计算得到待补偿占空比，上述待补偿占空比为带扰动的占空比；根据上述观测扰动和控制增益对上述待补偿占空比进行补偿，得到上述占空比。具体地，上述待补偿占空比u

需要说明的是，上述公式中，主要参数范围明确，便于标定，其余大部分参数保存自由度便于微调，也可根据规律直接获取，减少标定工作量。尤其在控制对象发生变化时，如更换节气门厂家或者采样时间时，效果更佳。

本申请的一种实施例中，上述需求开度为根据上述节气门的工况确定的，上述工况包括经济工况、大负荷工况、怠速工况、加速工况和冷车工况，上述工况与上述需求开度一一对应。具体地，上述节气门的工况可以一一对应地设定需求开度，根据节气门当前所处的工况即可确定节气门的需求开度，简单便捷，当然，根据具体的工况参数计算需求开度，提高控制精度。

本申请实施例还提供了一种节气门开度的控制装置，需要说明的是，本申请实施例的节气门开度的控制装置可以用于执行本申请实施例所提供的用于节气门开度的控制方法。以下对本申请实施例提供的节气门开度的控制装置进行介绍。

图2是根据本申请实施例的节气门开度的控制装置的示意图。如图2所示，该装置包括：

获取单元10，用于获取节气门的需求开度和实际开度；

第一计算单元20，用于将上述需求开度输入跟踪微分器，计算得到滤波后的需求开度和滤波后的需求开度变化率；

第二计算单元30，用于将上述实际开度输入线性扩张状态观测器，计算得到上述节气门的观测开度和观测开度变化率；

第三计算单元40，用于根据开度误差和开度变化率误差计算得到占空比，上述开度误差为上述滤波后的需求开度与上述观测开度的差值，上述开度变化率误差为上述滤波后的需求开度变化率与上述观测开度变化率的差值；

控制单元50，用于根据上述占空比控制上述节气门的开度。

上述节气门开度的控制装置中，获取单元获取节气门的需求开度和实际开度；第一计算单元将上述需求开度输入跟踪微分器，计算得到滤波后的需求开度和滤波后的需求开度变化率；第二计算单元将上述实际开度输入线性扩张状态观测器，计算得到上述节气门的观测开度和观测开度变化率；第三计算单元根据开度误差和开度变化率误差计算得到占空比，上述开度误差为上述滤波后的需求开度与上述观测开度的差值，上述开度变化率误差为上述滤波后的需求开度变化率与上述观测开度变化率的差值；控制单元根据上述占空比控制上述节气门的开度。该装置通过跟踪微分器实现对于节气门开度和节气门开度变化率的滤波，可以同时达成对需求开度与需求开度变化率的跟踪，同时提供突变信号的缓和作用，降低信号突变对控制效果的影响，提升了跟踪性，通过线性扩张状态观测器分析闭环反馈观测开度及其变化率，提升了鲁棒性，从而解决了现有技术中PID控制器的鲁棒性和追踪性无法满足当前控制的需求的问题。

需要说明的是，控制信号的占空比与节气门的开度的数值相同，即控制信号的占空比为20％，节气门的开度为20％。

本申请的一种实施例中，上述跟踪微分器包括第一计算公式和第二计算公式，上述第一计算公式用于计算上述滤波后的需求开度，上述第二计算公式用于计算上述滤波后的需求开度变化率。具体地，上述第一计算公式为y

本申请的一种实施例中，上述线性扩张状态观测器包括第三计算公式和第四计算公式，上述第三计算公式用于计算上述观测开度，上述第四计算公式用于计算上述观测开度变化率。具体地，上述第三计算公式为z

需要说明的是，一般的观测器仅观测系统的状态，只有输出和输出的导数，即实际开度以及实际开度的变化率；扩张状态观测器可以对无法建模表征的部分进行观测，即扰动；由于增加了一维的观测度，所以称其为“扩张”状态观测器，且没有使用非线性函数fal作为区分，所以又称线性扩张状态观测器。

本申请的一种实施例中，上述装置还包括第四计算单元，上述第四计算单元用于在根据开度误差和开度变化率误差计算得到占空比之前，将上述实际开度输入上述线性扩张状态观测器，计算得到观测扰动，上述观测扰动为包含内部扰动和外部扰动的总扰动。具体地，上述观测扰动z

本申请的一种实施例中，上述第三计算单元包括第一计算模块和第二计算模块，其中，上述第一计算模块用于根据开度误差和开度变化率误差计算得到待补偿占空比，上述待补偿占空比为带扰动的占空比；上述第二计算模块用于根据上述观测扰动和控制增益对上述待补偿占空比进行补偿，得到上述占空比。具体地，上述待补偿占空比u

需要说明的是，上述公式中，主要参数范围明确，便于标定，其余大部分参数保存自由度便于微调，也可根据规律直接获取，减少标定工作量。尤其在控制对象发生变化时，如更换节气门厂家或者采样时间时，效果更佳。

本申请的一种实施例中，上述需求开度为根据上述节气门的工况确定的，上述工况包括经济工况、大负荷工况、怠速工况、加速工况和冷车工况，上述工况与上述需求开度一一对应。具体地，上述节气门的工况可以一一对应地设定需求开度，根据节气门当前所处的工况即可确定节气门的需求开度，简单便捷，当然，根据具体的工况参数计算需求开度，提高控制精度。

实施例1

如图3所示，本实施例的节气门开度的控制方法包括以下步骤：

步骤S1，根据工况计算的需求开度，经过跟踪微分器得到滤波后的需求开度和滤波后的需求开度变化率；

步骤S2，节气门的实际开度作为闭环反馈进入状态观测器，状态观测器内部根据实际开度和观测扰动，求出观测开度，观测开度变化率以及观测扰动；

步骤S3，跟踪器得到的需求开度和变化率与观测器得到的观测开度及变化率相减得到误差，通过PD控制器得到带扰动的实际占空比；

步骤S4，带扰动的实际占空比去除扰动后作用于节气门，另一方面进入状态观测器。

上述节气门开度的控制装置包括处理器和存储器，上述获取单元、第一计算单元、第二计算单元、第三计算单元和控制单元等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。

处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来解决现有技术中PID控制器的鲁棒性和追踪性无法满足当前控制的需求的问题。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在上述程序运行时控制上述计算机可读存储介质所在设备执行上述方法。

本发明实施例提供了一种处理器，上述处理器用于运行程序，其中，上述程序运行时执行上述方法。

本发明实施例提供了一种节气门系统，包括节气门、一个或多个处理器、存储器，其中，上述一个或多个程序被存储在上述存储器中，并且被配置为由上述一个或多个处理器执行，上述处理器执行程序时实现至少以下步骤：

步骤S101，获取节气门的需求开度和实际开度；

步骤S102，将上述需求开度输入跟踪微分器，计算得到滤波后的需求开度和滤波后的需求开度变化率；

步骤S103，将上述实际开度输入线性扩张状态观测器，计算得到上述节气门的观测开度和观测开度变化率；

步骤S104，根据开度误差和开度变化率误差计算得到占空比，上述开度误差为上述滤波后的需求开度与上述观测开度的差值，上述开度变化率误差为上述滤波后的需求开度变化率与上述观测开度变化率的差值；

步骤S105，根据上述占空比控制上述节气门的开度。

本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有至少如下方法步骤的程序：

步骤S101，获取节气门的需求开度和实际开度；

步骤S102，将上述需求开度输入跟踪微分器，计算得到滤波后的需求开度和滤波后的需求开度变化率；

步骤S103，将上述实际开度输入线性扩张状态观测器，计算得到上述节气门的观测开度和观测开度变化率；

步骤S104，根据开度误差和开度变化率误差计算得到占空比，上述开度误差为上述滤波后的需求开度与上述观测开度的差值，上述开度变化率误差为上述滤波后的需求开度变化率与上述观测开度变化率的差值；

步骤S105，根据上述占空比控制上述节气门的开度。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

上述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例上述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。