基于模糊PID电子节气门控制系统的研究与开发

发布时间：2017-04-16 16:27

  本文关键词：基于模糊PID电子节气门控制系统的研究与开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 电子节气门产品自20世纪80年代问世以来,已逐渐应用到各种中、高级轿车中。相对于传统的机械式节气门,电子节气门系统(ETCS)能根据驾驶员的驾驶意图以及整车行驶状况确定节气门的最佳开度,保证车辆具有最佳的动力性和燃油经济性,并能够为怠速控制(IDL)、驱动防滑控制(ASR)和巡航控制(CCS)等电子控制功能的实现奠定基础,从而提高安全性和乘坐舒适性。同时,对于混合动力汽车,为了实现能量的管理和分配,电子节气门也成为了必然的选择。本文对电子节气门系统进行了研究和开发,为电子节气门在混合动力轿车上的应用奠定了基础。 本文分析了电子节气门系统的工作原理、基本结构以及机械结构中存在的非线性因素和各自的特性,如复位弹簧、气流的冲击、库伦+粘滑摩擦等。测定了电子节气门的关键参数,建立了电子节气门系统的数学模型。 为了适应电子节气门控制系统的快速动态特性,抑制由于电子节气门体的非线性因素对控制特性的影响,提出了一种新的模糊PID复合控制策略,通过模糊控制提高电子节气门系统的动态性能,用智能积分PID控制保证系统的稳态性能,利用权重因子函数改善控制切换过程。在MATLAB/Simulink环境中建立了电子节气门控制系统仿真模型。 电子节气门控制器采用飞思卡尔公司的MC9S12DG128单片机作为主控芯片,同时硬件系统还包括控制器的供电电源模块、直流电机的脉宽调制驱动模块、串行通信模块和CAN总线通信模块等。采用CodeWarrior编译的程序软件,完成了控制功能和调试功能。为了对系统状态实时显示和故障报警,以及在控制过程中进行数据采集,本文开发出基于LabWindows/CVI的串口通信系统。 仿真和试验结果表明:模糊PID复合控制相对于PID控制和智能积分PID控制能够较精确地控制节气门开度,减小超调量,瞬态误差较小,滞后时间较短。所开发的模糊PID复合控制器能够完成电子节气门系统的控制功能要求。
【关键词】：电子节气门 非线性 模糊PID复合控制策略 仿真 试验
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：U464.134.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 引言12
• 1.2 电子节气门产生的背景12-13
• 1.3 节气门的控制从机械控制到电子控制13-14
• 1.4 电子节气门在国内外的发展状况14-15
• 1.4.1 电子节气门在国外的发展状况14-15
• 1.4.2 电子节气门在国内的发展状况15
• 1.5 电子节气门存在的问题及未来的发展趋势15-17
• 1.5.1 电子节气门存在的问题15-16
• 1.5.2 电子节气门系统发展的趋势16-17
• 1.6 本论文主要研究工作17
• 1.7 本章小结17-18
• 第2章 电子节气门的结构分析及工作原理18-27
• 2.1 机械式节气门结构和工作原理18-19
• 2.2 电子节气门系统的结构和工作原理19-23
• 2.2.1 电子节气门体20-22
• 2.2.2 加速踏板22-23
• 2.2.3 电控单元ECU23
• 2.3 驱动电机的脉冲调制方式23-24
• 2.4 电子节气门系统的控制功能24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 电子节气门系统非线性分析及数学建模27-35
• 3.1 电子节气门系统非线性分析27-31
• 3.1.1 复位弹簧的非线性27-28
• 3.1.2 传动齿轮齿隙非线性28-29
• 3.1.3 节气门阀片运动中的非线性29-30
• 3.1.4 节气门阀片气流冲击特性30-31
• 3.2 电子节气门系统的数学模型31-34
• 3.2.1 直流电机的数学模型32
• 3.2.2 节气门的数学模型32-33
• 3.2.3 节气门体的仿真模型33
• 3.2.4 节气门位置传感器数学模型33-34
• 3.3 电子节气门系统的物理参数标定34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 电子节气门控制策略分析35-47
• 4.1 电子节气门控制策略现状分析35-36
• 4.2 控制策略的选择36-37
• 4.3 电子节气门普通PID 控制策略37-38
• 4.4 电子节气门智能积分PID 控制策略38-39
• 4.5 电子节气门模糊PID 复合控制策略39-46
• 4.5.1 平稳切换模糊PID 复合控制策略39-40
• 4.5.2 平稳切换权重因子函数设计40-41
• 4.5.3 电子节气门模糊控制器设计41-46
• 4.5.4 电子节气门模糊PID 复合控制的仿真模型46
• 4.6 本章小结46-47
• 第5章 电子节气门控制系统的试验台设计47-68
• 5.1 试验台设计47-48
• 5.2 硬件电路设计48-56
• 5.2.1 控制单元ECU 的设计48-52
• 5.2.2 电源管理模块的设计52-53
• 5.2.3 电机驱动电路的设计53-56
• 5.3 控制系统软件设计56-63
• 5.3.1 软件的总体功能分析56-57
• 5.3.2 软件子程序流程图57-63
• 5.4 串行通信系统的开发63-67
• 5.4.1 LabWindows/CVI 简介63
• 5.4.2 串行通信协议设计63-64
• 5.4.3 串行通信程序设计64-67
• 5.5 本章小结67-68
• 第6章 电子节气门控制系统的仿真与试验68-81
• 6.1 电子节气门控制效果评价指标的建立68-69
• 6.2 电子节气门系统的仿真69-71
• 6.2.1 电子节气门系统仿真的总体模型69
• 6.2.2 阶跃响应仿真结果69-70
• 6.2.3 正弦追逐响应仿真结果70-71
• 6.3 电子节气门控制系统试验设备及试验条件71
• 6.4 PID 控制试验结果71-76
• 6.4.1 电子节气门由小开度向大开度阶跃72-73
• 6.4.2 电子节气门大开度向小开度阶跃73-75
• 6.4.3 电子节气门随动跟踪试验75-76
• 6.5 模糊PID 复合控制试验结果76-78
• 6.5.1 电子节气门小开度向大开度阶跃76-77
• 6.5.2 电子节气门大开度向小开度阶跃77
• 6.5.3 随动跟踪试验77-78
• 6.6 模糊PID 复合控制仿真结果与试验结果的比较78-79
• 6.7 本章小结79-81
• 结论81-83
• 参考文献83-86
• 致谢86-87
• 附录A 攻读学位期间的发表的论文目录87-88
• 附录B 试验相关图片88

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 施巍;贾文超;杨光;陈刚;;基于模糊PID控制的电液振动台伺服控制系统[J];数字技术与应用;2011年09期

2 毕超宇;;基于Simulink的电子节气门控制逻辑仿真[J];现代工业经济和信息化;2013年08期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王明涛;燃气机热泵自动控制系统的研究[D];天津大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 顾岩;基于TMS320F28335的内燃机电子调速器的研究[D];山东建筑大学;2011年

2 高翠;发电用增压沼气发动机的性能研究[D];北京交通大学;2011年

3 肖寿高;电子节气门控制系统的研究与仿真[D];长安大学;2011年

4 陈剑;汽油机电子节气门控制系统设计与控制方法研究[D];长安大学;2011年

5 刘奇;汽油发动机电子节气门控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

6 李亚彬;轻型汽车驱动力电子控制系统CAN通信研究[D];吉林大学;2009年

7 江明山;汽车电子节气门系统仿真与试验验证[D];西华大学;2010年

8 何基都;汽车发动机电子节气门控制系统研究[D];广西工学院;2010年

9 刘晓倩;基于双向伺服力反馈的节气门控制系统研究[D];吉林大学;2012年

10 陈远;基于双DSP的天然气发动机电子控制单元的开发[D];华南理工大学;2012年

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本文编号：311230