内燃动力智能控制算法挑战赛
练习平台说明
为凝聚社会各界智力资源，促进产学研、跨学科、跨领域的合作与人才培养，助力内燃动力行业关键共性控制难题的突破与产业革新，由中国内燃机学会与中国自动化学会联合主办，中国内燃机学会内燃动力智能技术分会承办的“内燃动力智能控制算法挑战赛”将于2022年10月在天津举行。
挑战赛由仿真测试与汇报答辩两大环节组成，设置金奖、银奖、铜奖等奖项，并设奖金。首届比赛题目设定为“增压EGR直喷发动机空气系统智能控制算法开发”，采用模型在环仿真形式，量化评测各赛队算法的控制精度、响应速度、抗干扰能力等综合指标。
一、被控对象模型
1. 发动机基本配置
赛题所用直喷发动机为当量燃烧（空燃比14.7），主要特性参数见表1，外特性曲线见表2。
1. 赛题发动机对象模型采用GT-POWER建模，其模型如图1所示。为减少赛队安装GT-POWER软件的不便，赛题提供方将GT-POWER模型转换为通用的FMU（Functional Mock-up Unit）格式，FUM模型详细使用方法见第三节。
图1 被控发动机GT-POWER模型
1. 空气系统结构示意图
空气系统结构如图2所示。其中，控制输入为电子节气门开度、增压器涡轮放气阀（WG)等效流通直径及废气再循环控制阀（EGR阀）的开度，输出为进气歧管压力及EGR率（可由进气氧浓度信号计算）。
图2 发动机空气系统结构示意图
1. 仿真平台车辆参数
二、总体控制结构
比赛仿真平台总体控制结构及空气系统控制器局部放大如图3所示。
参赛队伍需自主设计空气系统跟踪控制器，其他部分由赛题提供方设计并封装。控制器设计的目标为：满足车速跟随的条件下，使进气歧管压力和EGR率快速、准确、平滑地跟踪设定值；执行机构动作响应在约束范围内，无振颤、能耗低；在发动机变工况或受到干扰时，能够保持良好的控制品质。
（a）总体控制结构简化示意图
（b）空气系统控制器局部放大
图3 仿真系统总体架构及主要接口
三、仿真环境
1. 模型在环仿真平台
模型在环仿真基于MATLAB平台（建议使用r2022a及以上版本），对象模型封装为FMU格式，并预留输入、输出接口，参赛队伍自行搭建控制策略，通过预留接口与对象FMU模型实现模型在环仿真。
注：练习平台是理想系统，未考虑零部件散差、老化、污损、噪声等干扰，比赛时会切换为类真实系统，增加相应的干扰。
具体操作流程如下：
1）将组委会提供的比赛文件夹加入到MATLAB的路径（path）中(图中文件夹供参考)，具体如图4所示。
图4 仿真路径设置方法
2）将组委会提供的文件夹设定为MATLAB的当前文件夹，具体如图5所示。
图5 当前文件夹设定方法
3）新建SIMULINK模型，从库浏览器中添加FUM模块，具体如图6所示：
图6 新建*.slx文件并添加FUM模块
3）双击添加的FUM模块，打开并导入给定的FMU文件，具体如图7所示：
图7 导入FUM模型
3）导入后的模型如图8所示：
图8 导入成功，显示FMU模型名称及接口
3）FMU控制模式设置
控制模型设置只适用于FMU_Vehicle_Engine.fmu模型。
双击SIMULINK中导入的FMU模型，打开设置，具体如图9所示：
图9 FMU控制模式设置
通过“Control”参数可调整FMU模型的控制模式：当为0时，采用FMU内部示例控制，目标车速来自内部设定的循环工况，此时目标车速输入端口不起作用；当输入1时，FMU模型使用外部输入的目标车速，各赛队可自行设定目标车速。
1. 发动机模型与整车模型
赛题提供方将提供两个对象模型:
1）耦合了被控发动机、传动链和整车的对象模型（FMU_Vehilce_Engine），用于控制算法在实车变工况条件下的测试与验证；
2）独立的被控发动机对象模型（FMU_Engine），提供定转速控制接口，模拟发动机台架标定的边界条件，赛队可通过该模型进行稳态实验来辨识发动机空气系统特性。
3）两个对象模型中，发动机部分的配置参数完全一致。
4）比赛使用整车对象模型（FMU_Vehilce_Engine）。
四、响应特性
增压-LP EGR系统是一个典型的多变量、强耦合、非线性、带有时滞的动态系统。如图3所示，3个控制输入对2个被控输出均有影响，且受到发动机转速和喷油量等工况条件、环境温度和压力等环境条件，以及执行机构结垢老化等干扰的影响。为了让赛队直观的了解被控对象的动态特征，给出一组执行机构的阶跃响应测试曲线。
如图10所示，发动机转速固定在2000rpm, 分别在10秒、15秒和20秒进行EGR阀门、节气门以及放气阀的阶跃测试。从对应的进气歧管压力和EGR率的响应曲线中，可以明显观察到耦合、时滞以及非线性特征。
(a)执行器动作 （b）输出量
图10 执行机构的阶跃响应测试曲线
五、接口变量
FMU模型主要接口变量解释见表5至表8。
表5 FMU_Engine输出信号列表
表6 FMU_Vehilce_Engine输出信号列表
表7 FMU_Engine输入信号列表
表8 FMU_Vehile_Engine输入信号列表
六、评价准则
赛题的控制目标为：在测试工况和环境下，保证 1）进气歧管压力、2）EGR 率、3）车
速准确、快速、稳定地跟踪目标设定值。
赛题的控制效果评价准则为：综合评价 1）、2）、3）项的跟踪误差、执行机构的响应动
态和能耗、控制系统的抗干扰能力和鲁棒性及控制器标定的复杂程度。
七、其他
1. 联系人：
1） 赛题与规则联系人：1. 联系人：李乐 15000316840
2） 赛队报名联系人：章振宇 13810848761
3） 比赛细则联系人：李雁飞 18618142356
4） 比赛总联系人：宋康 17526958480
2. 报名方式：通过内燃机智能控制挑战赛分会邮箱进行报名。
1) 分会邮箱账号：itice@tju.edu.cn
2) 需要提交的材料：报名表（见附件 1，需加盖单位公章）
3. License 使用方法将在报名成功后以邮件的方式发给各赛队。
4. 答疑：对比赛有任何疑问请加入下方的微信群，群内将进行解答。
该二维码9月25日前有效，重新进入将更新
八、鸣谢
1. 本赛题由艾迪捷公司开发，并提供了比赛期间GT-POWER仿真软件的150个License。在此衷心感谢！
2. 公司官网：http://www.idaj.cn；联系邮箱：song.bo@idaj.cn
内燃动力智能控制算法挑战赛执行委员会
2022年9月7日
（附件可下载内燃动力智能控制算法挑战赛说明文档.pdf版）
