电子节气门控制系统开发及其算法研究

发布时间：2017-08-22 14:35

  本文关键词：电子节气门控制系统开发及其算法研究

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【摘要】：随着汽车产业的不断发展,人们不但追求汽车的动力性和稳定性,还对汽车的经济性、安全性和排放等提出了更高的要求。由于传统的机械式结构很难实现对车辆的最优控制,而与此同时,电子控制技术飞速发展并不断地应用到汽车当中,显著地提高了汽车的性能,给汽车产业的发展带来了巨大的变革。电子节气门控制系统作为现代汽车重要的电控系统之一,实现电子节气门的精确控制对于改善发动机的综合性能有着重要的作用。本文首先分析了电子节气门控制系统的工作原理、基本结构,重点研究了机械结构中存在的非线性因素,包括非线性弹簧,非线性摩擦,进气气流对节气门的非线性扰动以及减速齿轮之间存在的间隙。然后建立节气门的数学模型并通过自主设计实验对节气门的主要物理参数进行标定。为了探究线性控制算法和非线性控制算法对电子节气门的控制效果,分别采用增量式PID控制算法和变结构滑模控制算法对节气门进行控制。在Matlab/Simulink中搭建节气门模型以及控制器模型,通过仿真确定控制器的结构和参数。控制系统的控制器选用英飞凌公司的以XC2765单片机作为主芯片的开发板,并且以英飞凌公司的TLE8209为主芯片设计了控制系统的驱动电路。控制系统的软件部分采用C语言编写并采用编译和调试软件Dav E和Tasking完成了对电子节气门的控制。控制系统的仿真与试验结果表明,相对于增量式PID算法,变结构控制算法能够适应节气门的非线性特性,实现对节气门快速的控制,但是在实际控制系统中容易产生抖振。
【关键词】：电子节气门 非线性 变结构控制 仿真 实验
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.134.4;U463.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 电子节气门研究的背景及意义9-10
• 1.2 电子节气门国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外发展现状10-11
• 1.2.2 国内发展现状11-12
• 1.3 电子节气门存在的问题和发展趋势12-13
• 1.3.1 电子节气门现存的问题与难点12
• 1.3.2 电子节气门的发展趋势12-13
• 1.4 本课题的主要研究内容13
• 1.5 本章小结13-15
• 第2章 电子节气门工作原理及建模15-35
• 2.1 机械式节气门的结构及工作原理15-16
• 2.2 电子节气门的结构及工作原理16-20
• 2.2.1 电子节气门体16-20
• 2.2.2 油门踏板20
• 2.2.3 电控单元ECU20
• 2.3 电子节气门的非线性分析20-25
• 2.3.1 非线性摩擦21-22
• 2.3.2 非线性弹簧22-23
• 2.3.3 齿轮间隙的非线性23-25
• 2.3.4 进气气流的非线性冲击25
• 2.4 电子节气门数学模型的建立25-30
• 2.4.1 直流电机的数学模型26-27
• 2.4.2 节气门阀片的数学模型27-30
• 2.5 电子节气门主要参数的标定30-34
• 2.5.1 驱动电机电阻的标定30-31
• 2.5.2 驱动电机反电动势常数的标定31
• 2.5.3 节气门位置传感器的标定31-32
• 2.5.4 弹簧参数与摩擦系数的标定32-34
• 2.5.5 电子节气门的其它参数34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 控制系统的设计35-55
• 3.1 控制策略的选择35
• 3.2 电子节气门普通PID控制策略35-37
• 3.2.1 普通PID控制原理35-36
• 3.2.2 电子节气门PID控制器36-37
• 3.3 电子节气门变结构控制策略37-42
• 3.3.1 变结构控制的原理38-39
• 3.3.2 电子节气门变结构控制策略的设计39-42
• 3.4 控制系统的要求与结构42-43
• 3.5 控制器主芯片的选型43-44
• 3.6 驱动器电路的设计44-48
• 3.6.1 直流电机的驱动方式44-45
• 3.6.2 驱动芯片的选型45-47
• 3.6.3 驱动电路板可靠性设计47-48
• 3.7 控制系统软件的设计48-54
• 3.7.1 控制系统软件总体设计48-49
• 3.7.2 控制系统软件子程序设计49-54
• 3.8 本章小结54-55
• 第4章 仿真与实验结果分析55-63
• 4.1 电子节气门控制系统的性能要求55
• 4.2 仿真结果对比分析55-58
• 4.2.1 由小开度向大开度的阶跃55-57
• 4.2.2 由大开度向小开度的阶跃57-58
• 4.2.3 正弦信号位置跟踪58
• 4.3 硬件实验结果对比分析58-63
• 4.3.1 由小开度向大开度的阶跃59-61
• 4.3.2 由大开度向小开度的阶跃61-63
• 第5章 全文总结及展望63-65
• 5.1 全文工作总结63-64
• 5.2 不足及展望64-65
• 参考文献65-69
• 附录69-71
• 作者简介71-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：719712