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基于模型的预测控制：发动机热系统温度估计与优化管理

2023-06-13 00:18:08·  来源：汽车测试网  
　

基于模型的预测控制在现代汽车工程中扮演着重要角色。通过建立精确的热模型并校准实验数据，可以对发动机热系统进行准确的温度估计。本文将介绍一个基于Simulink的3状态发动机热系统模型，并通过与车辆实验数据的对比验证其准确性和适用性。


引言

发动机热管理对于现代汽车的性能和效率至关重要。有效地管理发动机温度可以提高燃烧效率、减少排放和延长发动机寿命。因此，建立准确的发动机热模型对于开发先进的热管理策略至关重要。在本研究中，我们使用Simulink建立了一个基于模型的预测控制系统，用于估计发动机热系统中三个重要状态的温度：气缸壁温度、发动机冷却液温度和散热器冷却液温度。


模型建立与校准

为了建立准确的发动机热模型，我们首先收集了车辆模型的仿真数据，并将其用作模型的输入和参考。在Simulink中，我们使用不同的热传导和换热方程来描述气缸壁、发动机冷却液和散热器冷却液之间的热交换过程。通过调整模型的参数和系数，我们校准了模型，以使其与车辆实验数据相匹配。


模型验证

为了验证热模型的准确性和适用性，我们使用车辆实验数据对模型进行了验证。通过将实际测得的温度数据与模型估计的温度数据进行对比，我们可以评估模型的预测能力。结果显示，模型估计的温度与实际测量值非常接近，验证了模型的合理准确性。此外，模型在不同的驾驶条件下展现了相似的时间行为，表明其具有广泛的适用性。


基于模型的预测控制

基于校准的热模型，我们可以实现基于模型的预测控制系统。该系统使用模型估计的温度作为输入，并根据预测结果进行热管理决策。通过在不同的驾驶条件下进行实时温度估计和控制，我们可以优化发动机热管理策略，提高燃烧效率和热系统的整体性能。


应用和优势

基于模型的预测控制在现代汽车工程中具有广泛的应用和优势。首先，通过建立准确的热模型，我们可以对发动机热系统进行全面的仿真和分析。这有助于优化发动机热管理策略，并提前发现潜在的问题。其次，基于模型的预测控制可以实现实时的温度估计和控制，从而更好地适应不同的驾驶条件和工况。最后，通过模型的校准和验证，我们可以提高模型的准确性和可靠性，从而为发动机热管理系统的设计和开发提供可靠的工具和方法。


结论

基于模型的预测控制是一种有效的方法，可以准确估计发动机热系统中的温度，并实现优化的热管理策略。通过Simulink建立的3状态发动机热模型，在与车辆实验数据的对比中显示出了合理准确性和相似的时间行为。基于模型的预测控制系统具有广泛的应用和优势，可以在现代汽车工程中发挥重要作用。未来的研究可以进一步改进模型的精度和响应速度，并将其应用于实际的汽车系统中，以提高燃烧效率、减少排放和改善发动机的可靠性。

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