柴油发动机作为主要的动力来源之一,虽然具有动力性强、燃油经济性好、使用寿命长等特点,但是近年来国内多次大幅度"雾霾"事件的发生,加之柴油发动机不断增长的数量使得本就紧缺的能源问题变得更加严重。柴油发动机的尾气排放污染物主要为NOx和PM,而这两种排放物正是雾霾形成的主要原因之一。要同时保证柴油发动机的转速动力性能和低排放性能,有效方法之一就是对柴油发动机的转速回路和气体回路进行协同控制。因此,本文基于带有废气再循环(EGR)和可变几何截面涡轮增压器(VGT)的柴油发动机,将其转速回路和气体回路同时作为控制目标,并针对实际系统中未知状态的不可测量性,提出基于未知状态观测器的控制策略,具体如下:首先,由于柴油发动机的精密性、传感器的测量精度及成本等问题,导致气体回路子系统中的部分系统状态不能通过实际测量输出得到。因此,本文选择未知状态观测器来对这些状态进行估计,采用两种不同的设计方法建立了状态观测器,分别是基于Riccati方程的方法和基于不变椭圆理论的方法,通过求解线性矩阵不等式(LMI)得到状态观测器增益矩阵,为后面与控制方法结合做准备。其次,在上述基础上,本文提出了基于未知状态观测器的气体回路滑模控制器。控制目标在于对进气歧管压力、排气歧管压力及压气机气体质量流量进行轨迹跟踪控制,将未知状态观测器与滑模控制器相结合,并利用观测值进行控制。另外,气体回路的控制输入实际上是EGR和VGT两个阀门的开度,为简便起见,本文首先以流经二者的气体质量流量作为控制变量,再通过气体流量—阀门开度转换模块,将其转换为对相应的阀门开度的控制。然后,在转速回路,本文提出基于Lyapunov函数的控制器来设计转速控制回路,在外部负载及摩擦扰动存在的情况下,设计合理的燃油质量流量作为控制律,实现跟踪期望的发动机转速的控制目标;并将两个子系统结合构成完整的柴油发动机双环控制系统。为了验证提出的控制策略的控制效果,本文还利用废弃物排放量模型和排放影响因子等变化情况对控制结果进行验证。最后,利用AMESim仿真软件,建立更接近实际物理参数的EGR-VGT柴油发动机模型,并实现与MATLAB/Simulink的双平台联合仿真。联合仿真结果进一步验证了上述基于未知状态观测器的双环控制策略的有效性。