基于灰色系统预测理论的汽油发动机点火提前角的预测方法

摘要

基于灰色系统预测理论的汽油发动机点火提前角的预测方法，属于发动机点火提前角的控制技术领域。：步骤如下：定周期连续采样行驶工况下的汽油发动机的冷却水温T⁽⁰⁾(k)，汽油发动机的进气温度t⁽⁰⁾(k)，节气门开度汽油发动机的转速n⁽⁰⁾(k)和汽油发动机的空燃比λ⁽⁰⁾(k)，初值化后的点火提前角β′⁽⁰⁾(k)作为灰色关联分析的参考序列，点火提前角β⁽⁰⁾(k)进行灰色一次累加生成得到点火提前角β⁽⁰⁾(k)的灰色一次累加生成序列β⁽¹⁾(k)，构建影响点火提前角的各汽油发动机因素序列的灰色单变量一阶预测模型，运用灰色系统预测理论，进行最佳点火提前角的主动预测，利用灰色系统预测数据量少，短期预测精度高的优势，节省了存储空间，提高了点火控制系统工作的精度和效率。

主权项

1.基于灰色系统预测理论的汽油发动机点火提前角的预测方法，其特征在于：步骤如下：1.1定周期连续采样行驶工况下的汽油发动机的冷却水温T⁽⁰⁾(k)，汽油发动机的进气温度t⁽⁰⁾(k)，节气门开度汽油发动机的转速n⁽⁰⁾(k)和汽油发动机的空燃比λ⁽⁰⁾(k)，并进行初值化处理后得到初值化的汽油发动机的冷却水温T′⁽⁰⁾(k)，初值化的汽油发动机的进气温度t′⁽⁰⁾(k)，初值化的节气门开度初值化的汽油发动机的转速n′⁽⁰⁾(k)和初值化的汽油发动机的空燃比λ′⁽⁰⁾(k)；点火提前角β⁽⁰⁾(k)进行初值化处理得到初值化后的点火提前角β′⁽⁰⁾(k).其中，k为采样时刻；1.2初值化后的点火提前角β′⁽⁰⁾(k)作为灰色关联分析的参考序列，并进行初值化的汽油发动机的冷却水温T′⁽⁰⁾(k)，初值化的汽油发动机的进气温度t′⁽⁰⁾(k)，初值化的节气门开度初值化的汽油发动机的转速n′⁽⁰⁾(k)和初值化的汽油发动机的空燃比λ′⁽⁰⁾(k)关于初值化后的点火提前角β′⁽⁰⁾(k)的灰色关联分析，依据灰色关联度的大小剔除不符合关联度要求的因素，得到影响点火提前角的各汽油发动机因素序列q_i⁽⁰⁾(k)，为减少微处理单元处理强度和灰色建模作前期准备；其中：i＝1，2…N，N≤5，q_i⁽⁰⁾(k)代表初值化的汽油发动机的冷却水温T′⁽⁰⁾(k)，初值化的汽油发动机的进气温度t′⁽⁰⁾(k)，初值化的节气门开度初值化的汽油发动机的转速n′⁽⁰⁾(k)和初值化的汽油发动机的空燃比λ′⁽⁰⁾(k)中符合关联度要求的因素，这些因素的顺序按照升序进行q_i⁽⁰⁾(k)下标i的编排，k为采样时刻；1.3点火提前角β⁽⁰⁾(k)进行灰色一次累加生成得到点火提前角β⁽⁰⁾(k)的灰色一次累加生成序列β⁽¹⁾(k)，由步骤1.2灰关联分析后确定的影响点火提前角的各汽油发动机因素序列q_i⁽⁰⁾(k)，分别进行灰色一次累加生成得到影响点火提前角的各汽油发动机因素序列q_i⁽⁰⁾(k)的灰色一次累加生成序列q_i⁽¹⁾(k).1.4构建影响点火提前角的各汽油发动机因素序列的灰色单变量一阶预测模型进行各变化自主量预测，得到预测值其中，$\left(\begin{array}{c}{a}_i\\ b_i\end{array}\right)={\left(G^{T}G\right)}^{-1}{G}^T{y}_i,y_i=\left(\begin{array}{c}{q}_i^{\left(0\right)}\left(2\right)\\ q_i^{\left(0\right)}\left(3\right)\\ .\\ .\\ .\\ q_i^{\left(0\right)}\left(M\right)\end{array}\right),G=\left(\begin{array}{cc}-Q_i^{\left(1\right)}\left(2\right)& 1\\ -Q_i^{\left(i\right)}\left(3\right)& 1\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ -Q_i^{\left(i\right)}\left(M\right)& 1\end{array}\right),$G^T表示矩阵G的转置矩阵，(G^TG)^-1表示G^TG的逆矩阵，Q_i⁽¹⁾(k)为影响点火提前角的各汽油发动机因素序列q_i⁽⁰⁾(k)的灰色一次累加生成序列q_i⁽¹⁾(k)的均值生成序列，M为采样总数；1.5构建点火提前角的灰色N+1变量一阶预测模型，其中，i＝1，2…N，N≤5；记$\hat{a}=\left(\begin{array}{c}a\\ b_1\\ b_2\\ .\\ .\\ .\\ b_N\end{array}\right),$则由最小二乘法可得$\hat{a}={\left(B^{T}B\right)}^{-1}{B}^T{y}_{\beta },$其中矩阵B的第一列为点火提前角β⁽⁰⁾(k)进行灰色一次累加生成得到的序列β⁽¹⁾(k)的均值生成序列的相反数序列，第二列至第N列分别为汽油发动机各影响因素序列q_i⁽⁰⁾(k)的灰色一次累加生成序列q₁⁽¹⁾(k)，q₂⁽¹⁾(k)，...q_N⁽¹⁾(k)，行数为M-1，$y_{\beta }=\begin{array}{c}\left(\begin{array}{c}{\beta }^{\left(0\right)}\left(2\right)\\ {\beta }^{\left(0\right)}\left(3\right)\\ .\\ .\\ .\\ {\beta }^{\left(0\right)}\left(M\right)\end{array}\right);\end{array}$1.6根据步骤1.5的点火提前角灰色导数预测值进行灰色一次逆累加生成得到k+1时刻的点火提前角并将其作为修正后的最佳点火提前角进行点火控制。