基于滑模迭代学习的发动机怠速扭振模拟技术

发布时间：2019-09-09 19:38

【摘要】：为了解决永磁同步电机在室内传动系试验台架上模拟发动机扭振高动态响应特性的问题,首先建立了由平均扭矩、往复惯量引起的激振和燃烧压力引起的激振信号构成的发动机实时扭振模型,具有数学计算量小、动行速度快的特点,能满足高动态控制响应的要求;然后,设计了一种滑模变结构控制(sliding mode control,简称SM)和迭代学习控制(iterative learing control,简称ILC)相结合的控制器,利用变结构控制对系统参数和外部干扰具有不变性及迭代学习不依赖于系统精确数学模型的优势,提高了控制系统的稳定性和动态响应;最后,在室内传动系台架上进行了模拟试验。试验结果验证了发动机模型和控制算法在传动系试验台架上模拟发动机扭振的有效性和可行性。
【图文】：

发动机扭矩,平均扭矩

把扭矩信号分离为平均扭矩信号和扭振信号，而扭振信号又分解为发动机往复惯量引起的激振和燃烧压力引起的激振。这里的平均扭矩是各缸曲轴、连杆、活塞等机械系统产生的惯性扭矩和化学燃烧产生的燃烧扭矩相互叠加平均后的扭矩，以下提到的惯性扭矩和燃烧扭矩为实际发动机扭矩去除平均扭矩后的波形，其叠加后的值为零。这种发动机模型与传统的发动机模型相比，数学计算量小，能够较好满足高动态控制响应的要求。由于发动机平均扭矩信号可以通过传统方法获得，叠加在平均扭矩信号上的扭矩脉动信号的平均值应为零，如图１所示。图１发动机扭矩组成Ｆｉｇ．１Ｄｅ－ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｎｇｉｎｅｔｏｒｑｕｅｐｕｌｓｅｉｎｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ总的发动机扭矩［７－８］可以用下式表示Ｔｅｎ＝ＴＭ＋ＴＩ＋ＴＣ（１）其中：Ｔｅｎ为总的发动机扭矩；ＴＭ为平均扭矩；ＴＩ为往复惯量引起的扭矩；ＴＣ为燃烧压力引起的扭矩。１．１发动机平均扭矩模拟发动机平均扭矩可由多种方法得到，包括经验公式法、曲线拟合法和查表法，它是以油门开度和发动机转速为输入，以发动机输出转矩为输出的模型，，图２为发动机外特性曲线图。图２发动机外特性曲线图Ｆｉｇ．２Ｅｎｇｉｎｅｅｘｔｅｒｎａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｄｉａｇｒａｍ１．２往复惯量引起的扭矩ＴＩ发动机运动部件的离心惯性力，在一定转速下其值大小不变，而且作用方向始终通过回转中心，因此它不会引起扭转振动。往复惯性力如同气缸内气体压力一样，通过连杆作用在曲柄销上，亦即在曲轴上产生周期性变化的力矩，从而引起轴系的扭振，发动机活

曲线图,曲线图,平均扭矩,发动机扭矩

ｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｎｇｉｎｅｔｏｒｑｕｅｐｕｌｓｅｉｎｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ总的发动机扭矩［７－８］可以用下式表示Ｔｅｎ＝ＴＭ＋ＴＩ＋ＴＣ（１）其中：Ｔｅｎ为总的发动机扭矩；ＴＭ为平均扭矩；ＴＩ为往复惯量引起的扭矩；ＴＣ为燃烧压力引起的扭矩。１．１发动机平均扭矩模拟发动机平均扭矩可由多种方法得到，包括经验公式法、曲线拟合法和查表法，它是以油门开度和发动机转速为输入，以发动机输出转矩为输出的模型，图２为发动机外特性曲线图。图２发动机外特性曲线图Ｆｉｇ．２Ｅｎｇｉｎｅｅｘｔｅｒｎａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｄｉａｇｒａｍ１．２往复惯量引起的扭矩ＴＩ发动机运动部件的离心惯性力，在一定转速下其值大小不变，而且作用方向始终通过回转中心，因此它不会引起扭转振动。往复惯性力如同气缸内气体压力一样，通过连杆作用在曲柄销上，亦即在曲轴上产生周期性变化的力矩，从而引起轴系的扭振，发动机活塞结构如图３所示。由往复运动部件所产生的往复惯性力为ＰＩ＝－ｍ¨ｘ（２）其中：ｍ为活塞和连杆的总质量；ｘ为活塞行程。３６０振动、测试与诊断第３６卷
【作者单位】：重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室;西南交通大学机械工程学院;重庆市科学技术研究院重庆轨道交通及汽车(摩托车)零部件研究中心;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51205432) 重庆市科技攻关计划资助项目(cstc2012gg-yyjsB30002)
【分类号】：U464;U467

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