轻型卡车电子节气门的性能测试与控制研究
发布时间：2022-11-04 19:34
随着石油危机和环境污染问题的日益加剧,减缓石油消耗速率和保护环境已经逐渐得到社会各界的广泛重视。作为人们出行和货物运输中不可或缺的交通工具,汽车对石油消耗量在人类社会活动中占有相当大的比例。在保证汽车动力性和经济性的前提下,为了降低汽车排放,采用电子节气门代替机械式节气门,如何在各种工况下提高节气门的响应速度,是一项改善汽车排放性能的重要课题。在经济水平提高以及城市化进程推进过程中,城市内货物运输量提高,对轻型卡车的需求量猛增。因此,本文选择轻型卡车电子节气门为研究对象。本文研究内容主要分为以下几个方面:首先以电子节气门为研究对象,在分析其工作原理和结构特性的基础上,建立电子节气门的非线性动力学系统机电模型。PID控制算法对线性控制系统适用性强,但电子节气门是典型的非线性系统,导致简单PID控制算法存在响应速度慢和稳态精度低的问题。由于免疫反馈算法具有响应速度快的特点,为了提高电子节气门控制系统的响应特性,本文提出基于智能控制算法的免疫反馈控制策略。因滑模控制算法对非线性控制系统适用性强,为了缩短控制系统的收敛时间和提高稳态精度,结合有限时间收敛滑模函数和反步理论,提出有限时间收敛的反...
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题的背景和选题意义
1.1.1 课题背景
1.1.2 选题意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 基于PID算法的电子节门控制研究现状
1.2.2 基于模糊算法的电子节气门控制研究现状
1.2.3 基于自适应最优控制算法的电子节气门控制研究现状
1.2.4 基于滑模控制算法的电子节气门控制研究现状
1.3 主要研究内容
第二章 轻型卡车的电子节气门控制系统
2.1 电子节气门的组成结构
2.1.1 加速踏板传感器
2.1.2 电子控制单元
2.1.3 永磁直流电机
2.1.4 直流电机驱动器
2.1.5 减速齿轮组
2.1.6 复位弹簧
2.1.7 节气门轴
2.1.8 节气门阀片
2.1.9 阀片转角位置传感器
2.2 电子节气门控制系统的工作原理
2.3 本章总结
第三章 电子节气门非线性机电动力学系统数学模型
3.1 节气门动力学系统非线性分析
3.1.1 减速齿轮组
3.1.2 复位弹簧
3.1.3 节气门轴
3.2 电子节气门非线性机电系统建模
3.2.1 驱动电机数学模型
3.2.2 复位弹簧非线性数学模型
3.2.3 摩擦非线性数学模型
3.2.4 控制系统的动力学模型
3.3 电子节气门动力学系统控制性能分析
3.3.1 动力学系统的状态空间模型
3.3.2 动力学系统的稳定性分析
3.3.3 动力学系统的能控性分析
3.3.4 动力学系统的能观性分析
3.4 本章总结
第四章 电子节气门系统PID控制器设计及仿真分析
4.1 电子节气门参数化评价指标
4.2 PID控制算法的原理分析
4.3 PID控制器设计
4.4 仿真数据分析
4.4.1 PID控制电子节气门阶跃角度信号响应性能分析
4.4.2 PID控制电子节气门正弦角度信号响应性能分析
4.4.3 PID控制电子节气门方波角度信号响应性能分析
4.5 本章总结
第五章 免疫反馈策略控制器设计及仿真分析
5.1 模糊控制算法的基本原理
5.2 免疫控制算法的基本原理
5.3 模糊免疫控制策略的控制器设计
5.4 仿真数据分析
5.4.1 免疫反馈控制电子节气门阶跃角度信号响应性能分析
5.4.2 免疫反馈控制电子节气门正弦角度信号响应性能分析
5.4.3 免疫反馈控制电子节气门方波角度信号响应性能分析
5.5 本章总结
第六章 有限时间收敛反步控制器设计及仿真分析
6.1 有限时间收敛滑模函数分析
6.2 有限时间收敛反步滑模控制器的设计
6.2.1 反步滑模控制器设计
6.2.2 非线性干扰观测器设计
6.2.3 降阶状态观测器设计
6.3 仿真数据分析
6.3.1 有限时间收敛反步控制电子节气门阶跃角度信号响应性能分析
6.3.2 有限时间收敛反步控制电子节气门正弦角度信号响应性能分析
6.3.3 有限时间收敛反步控制电子节气门方波角度信号响应性能分析
6.4 电子节气门控制系统仿真结果对比分析
6.4.1 阶跃角度信号响应对比分析
6.4.2 正弦角度信号响应对比分析
6.4.3 方波角度信号响应对比分析
6.5 本章总结
第七章 电子节气门性能测试与分析
7.1 控制系统模块选择
7.1.1 单片机
7.1.2 驱动器
7.2 单片机程序设计
7.2.1 驱动程序设计
7.2.2 脉宽调制程序设计
7.3 上位机测试界面设计
7.3.1 界面设计
7.3.2 上位机与单片机通信
7.4 PID控制电子节气门性能测试及分析
7.4.1 阶跃角度信号响应性能测试与分析
7.4.2 正弦角度信号响应性能测试与分析
7.4.3 方波角度信号响应性能测试与分析
7.5 本章总结
结论与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
本文编号：3701206
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题的背景和选题意义
1.1.1 课题背景
1.1.2 选题意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 基于PID算法的电子节门控制研究现状
1.2.2 基于模糊算法的电子节气门控制研究现状
1.2.3 基于自适应最优控制算法的电子节气门控制研究现状
1.2.4 基于滑模控制算法的电子节气门控制研究现状
1.3 主要研究内容
第二章 轻型卡车的电子节气门控制系统
2.1 电子节气门的组成结构
2.1.1 加速踏板传感器
2.1.2 电子控制单元
2.1.3 永磁直流电机
2.1.4 直流电机驱动器
2.1.5 减速齿轮组
2.1.6 复位弹簧
2.1.7 节气门轴
2.1.8 节气门阀片
2.1.9 阀片转角位置传感器
2.2 电子节气门控制系统的工作原理
2.3 本章总结
第三章 电子节气门非线性机电动力学系统数学模型
3.1 节气门动力学系统非线性分析
3.1.1 减速齿轮组
3.1.2 复位弹簧
3.1.3 节气门轴
3.2 电子节气门非线性机电系统建模
3.2.1 驱动电机数学模型
3.2.2 复位弹簧非线性数学模型
3.2.3 摩擦非线性数学模型
3.2.4 控制系统的动力学模型
3.3 电子节气门动力学系统控制性能分析
3.3.1 动力学系统的状态空间模型
3.3.2 动力学系统的稳定性分析
3.3.3 动力学系统的能控性分析
3.3.4 动力学系统的能观性分析
3.4 本章总结
第四章 电子节气门系统PID控制器设计及仿真分析
4.1 电子节气门参数化评价指标
4.2 PID控制算法的原理分析
4.3 PID控制器设计
4.4 仿真数据分析
4.4.1 PID控制电子节气门阶跃角度信号响应性能分析
4.4.2 PID控制电子节气门正弦角度信号响应性能分析
4.4.3 PID控制电子节气门方波角度信号响应性能分析
4.5 本章总结
第五章 免疫反馈策略控制器设计及仿真分析
5.1 模糊控制算法的基本原理
5.2 免疫控制算法的基本原理
5.3 模糊免疫控制策略的控制器设计
5.4 仿真数据分析
5.4.1 免疫反馈控制电子节气门阶跃角度信号响应性能分析
5.4.2 免疫反馈控制电子节气门正弦角度信号响应性能分析
5.4.3 免疫反馈控制电子节气门方波角度信号响应性能分析
5.5 本章总结
第六章 有限时间收敛反步控制器设计及仿真分析
6.1 有限时间收敛滑模函数分析
6.2 有限时间收敛反步滑模控制器的设计
6.2.1 反步滑模控制器设计
6.2.2 非线性干扰观测器设计
6.2.3 降阶状态观测器设计
6.3 仿真数据分析
6.3.1 有限时间收敛反步控制电子节气门阶跃角度信号响应性能分析
6.3.2 有限时间收敛反步控制电子节气门正弦角度信号响应性能分析
6.3.3 有限时间收敛反步控制电子节气门方波角度信号响应性能分析
6.4 电子节气门控制系统仿真结果对比分析
6.4.1 阶跃角度信号响应对比分析
6.4.2 正弦角度信号响应对比分析
6.4.3 方波角度信号响应对比分析
6.5 本章总结
第七章 电子节气门性能测试与分析
7.1 控制系统模块选择
7.1.1 单片机
7.1.2 驱动器
7.2 单片机程序设计
7.2.1 驱动程序设计
7.2.2 脉宽调制程序设计
7.3 上位机测试界面设计
7.3.1 界面设计
7.3.2 上位机与单片机通信
7.4 PID控制电子节气门性能测试及分析
7.4.1 阶跃角度信号响应性能测试与分析
7.4.2 正弦角度信号响应性能测试与分析
7.4.3 方波角度信号响应性能测试与分析
7.5 本章总结
结论与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
本文编号：3701206
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