汽油机电子节气门控制方法研究

发布时间：2017-09-11 18:36

  本文关键词：汽油机电子节气门控制方法研究

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【摘要】：电子节气门是发动机管理系统的一个重要组成部分，为了开发出具有自主知识产权的电子节气门控制系统，实现对电子节气门的精确控制，本文对汽油机电子节气门控制方法进行了深入研究。 论文以Bosch公司DV-E5型电子节气门为控制对象，在分析现有的电子节气门控制原理的基础上，进行了如下研究和探讨： 1.分析了电子节气门体的物理结构及其非线性因素，分别对其各个主要组成部分进行数学建模，确定了相关的物理参数并给出了电子节气门体总成的数学模型，同时给出了在MATLAB/SIMULINK环境中的仿真模型。 2.对电子节气门控制系统进行了系统设计。在硬件方面，根据功能需求，选取了ST公司的SPC563m为主控芯片，，并选取H桥芯片L9958为节气门电机驱动芯片。在软件方面，将前馈控制、模糊控制以及PID控制综合到一起，提出了基于前馈补偿的模糊PID控制策略，在MATLAB/SIMULINK环境中进行了仿真试验。 3.使用C语言对节气门控制策略进行了程序实现。程序主要完成控制功能和串口通信功能。控制功能实现了节气门开度的调节，可分为初始化部分和工作循环部分。程序采用了结构化程序设计思想，分为多个功能模块分别进行实现，主要功能模块包括节气门自学习、节气门位置的采集、节气门开度的计算、节气门位置传感器的故障诊断、控制量的计算和输出等。此外，为了能够在线调整控制参数、实时监控控制过程以及在控制过程中进行数据采集，在VC环境下开发了基于Measurement Studio的监控软件，该软件在PC机上运行，通过串口收发数据和命令。 根据以上研究成果，在实验室环境下搭建试验平台，对电子节气门控制系统的阶跃响应特性以及方波跟随特性进行了测试并记录了测试数据。试验结果显示，设计的电子节气门控制系统的响应时间不超过200ms，稳定时间不超过100ms，稳态误差不超过1%，超调量不超过1%，达到了预期的控制要求，具有较高的理论参考和实用价值，为进一步的研究和应用打下了良好基础。
【关键词】：电子节气门 SPC563m 前馈控制 模糊控制 PID控制
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK414.3;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题背景10-15
• 1.1.1 汽车电控技术的发展10-11
• 1.1.2 发动机管理系统概况11-13
• 1.1.3 电子节气门控制技术研究现状及发展趋势13-15
• 1.2 研究意义15-16
• 1.3 研究内容16-17
• 第二章 电子节气门及其数学模型17-29
• 2.1 电子节气门简介17-19
• 2.1.1 电子节气门由来17-18
• 2.1.2 电子节气门特性18
• 2.1.3 电子节气门分类18-19
• 2.2 电子节气门结构及非线性分析19-23
• 2.2.1 电子节气门结构19-22
• 2.2.2 电子节气门非线性分析22-23
• 2.3 电子节气门数学模型23-28
• 2.3.1 驱动电机数学模型24-25
• 2.3.2 齿轮减速机构数学模型25
• 2.3.3 复位弹簧数学模型25
• 2.3.4 摩擦扭矩数学模型25-26
• 2.3.5 执行机构数学模型26-27
• 2.3.6 模型参数的确定27-28
• 2.4 节气门体的仿真模型28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 电子节气门控制系统及系统设计29-37
• 3.1 电子节气门控制要求29-30
• 3.2 电子节气门控制系统组成及工作原理30-31
• 3.2.1 电子节气门控制系统组成30
• 3.2.2 电子节气门控制系统工作原理30-31
• 3.3 电子节气门主控模块设计31-33
• 3.3.1 主控芯片选择31-32
• 3.3.2 通信方案选择32-33
• 3.4 电子节气门驱动模块设计33-36
• 3.4.1 驱动方式选择33-35
• 3.4.2 驱动芯片选择35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 电子节气门控制策略研究37-52
• 4.1 控制策略选择37-39
• 4.1.1 电子节气门控制策略现状分析37-38
• 4.1.2 电子节气门开环/闭环复合控制策略38-39
• 4.2 前馈控制39-40
• 4.3 模糊控制40-43
• 4.3.1 模糊控制原理40-42
• 4.3.2 模糊控制实现42-43
• 4.4 PID 控制43-47
• 4.4.1 PID 控制原理43-46
• 4.4.2 PID 控制实现46-47
• 4.5 基于前馈补偿的模糊 PID 复合控制策略47-48
• 4.6 控制策略仿真48-51
• 4.7 本章小结51-52
• 第五章 电子节气门控制系统软件设计52-61
• 5.1 软件系统总体设计52-53
• 5.1.1 软件开发环境的建立52
• 5.1.2 软件功能模块的划分52-53
• 5.2 主程序设计53
• 5.3 定时器中断服务程序设计53-54
• 5.4 功能子程序设计54-57
• 5.4.1 节气门自学习程序54
• 5.4.2 节气门位置采样程序54
• 5.4.3 节气门开度计算程序54-55
• 5.4.4 控制算法实现程序55-56
• 5.4.5 节气门电机控制程序56-57
• 5.4.6 故障诊断程序57
• 5.5 通信程序设计57-58
• 5.6 监控软件的开发58-59
• 5.6.1 监控软件功能58-59
• 5.6.2 监控软件界面59
• 5.7 软件抗干扰设计59-60
• 5.8 本章小结60-61
• 第六章 电子节气门控制试验及结果分析61-65
• 6.1 试验环境和试验设备61-62
• 6.1.1 试验环境61
• 6.1.2 试验设备61-62
• 6.2 试验过程及结果分析62-65
• 6.2.1 试验过程62-63
• 6.2.2 试验结果及分析63-65
• 总结与展望65-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士期间取得的研究成果71-72
• 致谢72

【参考文献】

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本文编号：832403