第6期（总第227期）
2016年12月：设计计算：
车用发动机 VEHICLE ENGINE
四点中心差分法在EGR阀开度PID
控制算法中的应用研究
褚全红，张科勋”，张春，孟长江’，郝守刚”，李进
(1.中国北方发动机研究所（天津），天津300400；2.清华大学，北京100084；
3.常州易控汽车电子有限公司，江苏常州213164）
No 6(Serial No 227)
Dec 2016
摘要：EGR系统通过调整阅开度实现对再循环已燃气体的流量控制，现有EGR阀开度控制算法多采用传统 PID控制算法。传统PID控制算法中，差分项对数据误差和干扰较敏感，易引起振荡。针对这一问题，采用四点中心差分法代替原有一阶后向差分算法，考虑过去4个时刻的误差，道过时间加权求和得到优化的差分量，该方法可减少数据误差对差分项的干扰。采用阶跃响应曲线法对PID参数进行整定。追踪三角波目标开度的试验结果表
确跟踪自标开度的快速变化，满足实际使用的要求，
关键词：柴油机；废气再循环；PID控制；四点中心差分法 DOI: 10 3969/j issn 1001-2222 2016 06 002
中图分类号：TP273文献标志码：B文章编号：1001-2222（2016)06-0008-04
废气再循环（ExhaustGasRecirculation，
EGR)技术常用于降低NO，排放"-，其原理在于将部分已燃烧的气体返回至缸内参与燃烧。由于 NO产生的条件是高温富氧，使用EGR系统后，返回的已燃气体可降低混合气中的氧浓度，从而降低燃烧温度，最终可有效抑制NO的生成[4-6]。
根据实现途径分类，EGR系统可分为内部 EGR系统和外部EGR系统，目前应用较为广泛的是外部EGR系统。内部EGR主要是通过调整进、排气门相位，使部分废气残留在缸内，实现手段主要有废气残留法和废气重吸法了。外部EGR系统通过一个通道将排气管与进气管相连，实现从排气管中引出部分废气注人进气管中，与新鲜空气混合后注人气缸。外部EGR的优势在于可通过冷却器降低废气温度，更有利于降低NO，排放。外部EGR 系统的连接通道中都设置有EGR阀，通过调整 EGR阀的开度实现对再循环已燃气体的流量控制。
控制算法理论研究中，多将EGR与VNT（Var iableNozzleTurbocharger，可变截面涡轮增压器）作为发动机空气系统的两个主要控制对象综合考虑，通过建模分析空气系统特性3-9，并在此基础上进行了基于H控制方法]、非线性设计的CLF
收稿日期：2016-08-18；修回日期：2016-11-25
（ControlLyapunovfunction）方法[]、滑模控制器[12-131等多种控制算法的理论研究。但在实际产品应用中，理论算法过于复杂，并未广泛采用，多米用双PID闭环算法。外环PID算法控制目标为发动机进气量，根据实际进气量与发动机工况预设的目标进气量计算得到EGR阀的目标开度。内环PID 算法控制目标为EGR阀开度，根据实际EGR阀开度与外环算法输出的目标开度计算得到EGR阀驱动控制信号，如驱动占空比或驱动电流等。
由于PID算法中微分算法对输入信号的噪声很敏感,所以对于内环EGR阀开度控制，常由于微分算法放大了开度信号噪声引起振荡，这种现象在 EGR阀开度瞬态过程中经常发生。为解决这一问题本文研究引入了四点中心差分法处理微分输入信号，提高了EGR阀开度控制的精度。
1EGR阀控制机构及传统PID算法
EGR阀可采用多种执行器，如直流电机14]、采用负压空气源的真空执行器等，目前产品中应用较多的为直流电机型EGR阀。采用直流电机的 EGR阀结构示意图见图1。
该机构中直流电机可控制旋转部件，再通过与
作者简介：褚全红（1968一），男，研究员，主要研究方向为案油机控制;dt_eq@163eom