基于模型设计的小型汽油机空燃比精确控制研究

发布时间：2017-08-05 23:08

  本文关键词：基于模型设计的小型汽油机空燃比精确控制研究

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【摘要】：小型汽油机具有结构紧凑、工作可靠和操作便利等优点,被广泛应用于工业与农林业等领域。但其控制粗糙,难以满足日益严格的排放法规。通过电子控制单元精确控制空燃比配合三效催化装置可大幅降低小型汽油机的CO、HC和NOX排放量并达到排放法规的要求。本文针对小型汽油机的工作特性,借鉴基于模型设计的思想,设计了一套小型汽油机无氧传感器空燃比精确控制系统,对自主研发小型汽油机空燃比精确控制和环境保护具有重要意义。控制器开发流程分为功能设计与软件设计两部分。功能设计流程为:首先根据汽油机的工作原理,在Simulink环境下建立汽油机各子系统的模型,包括进气道模型、燃烧模型、转速模型、空燃比模型和氧传感器模型,并通过遗传算法和试验数据计算模型结构参数;然后基于汽油机模型设计空燃比精确控制算法模型,包括空燃比计算模块、模式调度模块和PI控制器模块。控制算法根据发动机运行工况和空燃比闭环控制作用区域,采集发动机转速、负荷、进气压力、进气温度以及机体温度等信号,计算当前时刻空燃比,将氧传感器模型得到反馈电压信号输入到PI控制器中,最后PI控制器输出空燃比的燃油修正量。软件设计流程为:首先对控制器的模型进行详细地单元测试和集成测试;其次配置Simulink生成模型代码参数,自动生成空燃比控制器模型C代码;再次在freescale处理器芯片的Codewarrior IDE编译环境下,建立空燃比闭环控制功能的接口函数将自动生成的代码无缝集成到已有ECU软件架构中;最后编译器将C代码编译成单片机可执行的二进制文件。通过发动机台架试验对无氧传感器空燃比控制算法进行验证,并使用标定软件整定和优化控制参数。结果表明,在ECU中无氧传感器空燃比控制器程序能可靠运行并精确控制空燃比在14.31~15.01范围内。
【关键词】：小型汽油机 空燃比 基于模型设计 闭环控制
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK411
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 汽油机空燃比控制的研究11-12
• 1.3 小型汽油机空燃比控制国内外研究现状12-13
• 1.3.1 国外研究现状12-13
• 1.3.2 国内研究现状13
• 1.4 基于模型设计开发流程13-18
• 1.4.1 基于模型设计简介14-15
• 1.4.2 模型验证与有效性15-17
• 1.4.3 自动生成代码过程17-18
• 1.5 主要工作18-19
• 第二章 基于模型设计的空燃比控制器开发原理19-30
• 2.1 基于氧传感器的空燃比控制原理19-24
• 2.1.1 氧传感器工作原理19-20
• 2.1.2 基于氧传感器的空燃比控制开发流程20-21
• 2.1.3 控制算法21-24
• 2.2 无氧传感器的空燃比控制原理24-27
• 2.2.1 遗传算法24-26
• 2.2.2 基于模型的空燃比控制开发流程26-27
• 2.3 无氧传感器空燃比控制器开发27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 小型汽油机空燃比精确控制功能设计30-39
• 3.1 控制系统功能设计要求30
• 3.2 小型汽油机Simulink模型30-34
• 3.2.1 进气道模型31-32
• 3.2.2 燃烧模型32-33
• 3.2.3 转速模型33
• 3.2.4 空燃比模型33-34
• 3.3 无氧传感器空燃比控制算法34-38
• 3.3.1 控制算法模块设计35-36
• 3.3.2 空燃比计算模块设计36-37
• 3.3.3 模式调度模块设计37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 小型汽油机空燃比精确控制软件设计39-59
• 4.1 控制系统软件设计要求39-40
• 4.2 Simulink模型数据管理40-42
• 4.3 Simulink模型单元测试与集成测试42-49
• 4.3.1 空燃比计算模块单元测试43-44
• 4.3.2 控制算法模块单元测试44-46
• 4.3.3 模式调度模块单元测试46-47
• 4.3.4 空燃比控制器模型集成测试47-49
• 4.4 控制器软件代码集成49-55
• 4.4.1 接口函数编写49-51
• 4.4.2 自动生成模型代码过程51-52
• 4.4.3 代码集成52-55
• 4.5 标定数据文件生成55-58
• 4.5.1 通用标定软件简介56
• 4.5.2 自动生成A2L文件56-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第五章 台架试验与结果分析59-70
• 5.1 试验设备59-61
• 5.1.1 硬件设备59-61
• 5.1.2 标定软件61
• 5.2 台架试验61-64
• 5.2.1 试验过程61-63
• 5.2.2 控制参数整定63-64
• 5.3 试验结果与分析64-69
• 5.3.1 PI控制器参数64-66
• 5.3.2 无氧传感器空燃比控制器效果66-67
• 5.3.3 空燃比控制精度67-68
• 5.3.4 抗干扰分析68-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 工作总结与展望70-72
• 6.1 工作总结70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-75
• 致谢75-76
• 发表论文与科研情况说明76

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