1.基于LSTM的混合燃料HCCI发动机燃烧正时估计方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
采样获得HCCI发动机在运行过程当中的进气门关闭正时θivc、排气门关闭正时θevc、进气歧管温度Tman、进气歧管压力Pman、混合燃料中正庚烷的质量Mhe、混合燃料中异辛烷的质量Miso、混合燃料在气缸中燃烧所释放的热量Wtotal、空燃比AFR以及发动机转速N、得到原始的输入数据集;
采用Z-score标准分数算法标准化原始数据集,使原始数据集变换到同一数量级;
采用PCA主成分分析算法对标准化后的数据集进行降维;
采用数据分割对数据集进行窗口长度为L的数据分割;
将经过Z-score标准化、PCA降维以及数据分割后的数据集输入到训练好的LSTM神经网络黑箱模型中,得到模型输出;
对模型输出进行反标准化得到最终的模型估计结果。
2.根据权利要求1所述的基于LSTM的混合燃料HCCI发动机燃烧正时估计方法,其特征在于,所述采样获得HCCI发动机在运行过程当中的进气门关闭正时θivc、排气门关闭正时θevc、进气歧管温度Tman、进气歧管压力Pman、混合燃料中正庚烷的质量Mhe、混合燃料中异辛烷的质量Miso、混合燃料在气缸中燃烧所释放的热量Wtotal、空燃比AFR以及发动机转速N,得到原始的输入数据集;具体包括:根据HCCI发动机燃烧的化学动力学过程,确定与HCCI发动机燃烧正时相关的变量,包括:θivc、θevc、Tman、Pman、Mhe、Miso、Wtotal、AFR以及N;在各种汽车运行工况下,每个循环即曲轴转角每转过720°采集一次数据,得到原始输入数据集如下:其中n表示采样周期数即发动机燃烧循环。
3.根据权利要求1所述的基于LSTM的混合燃料HCCI发动机燃烧正时估计方法,其特征在于,所述采用Z-score标准分数算法标准化原始数据集,使原始数据集变换到同一数量级,公式如下:其中,下标i表示原始数据集中的变量,Zi,j表示标准化后数据输出,xi,j表示原始数据集中的第i个变量中的第j个值, 为变量i的均值, 为变量i的标准差。
4.根据权利要求1所述的基于LSTM的混合燃料HCCI发动机燃烧正时估计方法,其特征在于,所述PCA主成分分析算法具体包括以下步骤:输入数据集D={θivc,θevc,...,N}T9×1,将数据集降维到6维;
a)对所有输入样本中心化处理: 下标i表示标准化输入数据集中的变量,j=1,2,…,n;xi,j表示第i个变量的第j个数据;mi,j为去中心化处理后对应变量的值;
n表示第i个变量中数据的总数;
b)计算数据集协方差矩阵XXT:数据集D={θivc,θevc,...,N}T9×1,每个变量中数据的总数为n,则标准化后的数据集组成一个9×n的矩阵;
则样本的协方差矩阵:
其中cov(cs,ct)表示随机变量cs、ct二者的协方差,且:cov(cs,ct)=E[(cs-E(cs))(ct-E(ct))] (5)
1≤s,t≤n;s,t,n∈N
其中E(T)表示随机变量T的期望值;
c)对XXT进行特征值分解,求出特征值λi和特征向量ωi;
d)保留最大的6个特征值对应的特征向量,构成投影矩阵W=(ω1*,ω2*,…,ω6*),输出PCA降维数据为D*。
5.根据权利要求1所述的基于LSTM的混合燃料HCCI发动机燃烧正时估计方法,其特征在于,所述采用数据分割对输入进行窗口长度为L的数据分割,具体为:经过Z-score标准化以及PCA降维处理之后得到数据为:DATA=D*={X1,X2,…,X6}T={S} (6)然后对其进行窗口为L的数据分割得到分割后的数据:Xseg={S1,S2,…,SL} (7)
1≤p≤L;L<n;p,L,n∈N
其中,Sp表示分割好的6×n/L数据矩阵;则与之对应的输出为:Y={Y1,Y2,…,YL} (9)Yp=[y(p+1),y(p+2),…,y(p+n/L)]1×n/L (10)。
6.根据权利要求1所述的基于LSTM的混合燃料HCCI发动机燃烧正时估计方法,其特征在于,所述将经过Z-score标准化、PCA降维以及数据分割后的数据集输入到训练好的LSTM神经网络黑箱模型中,得到模型输出,具体包括:将分割好的数据X输入训练好的LSTM神经网络黑箱模型中,在经过L个按前后时刻连接的同构LSTM细胞计算之后,其输出表示为:P={P1,P2,…,PL} (11)Pp=LSTMforward(Sp,Cp-1,Hp-1) (12)其中,Cp-1和Hp-1分别为前一个LSTM细胞的状态和输出,LSTMforward为其前向计算方式。
7.根据权利要求1所述的基于LSTM的混合燃料HCCI发动机燃烧正时估计方法,其特征在于,所述对模型输出进行反标准化得到最终的模型估计结果,公式如下:Y=Piσ+μ (14)。