四缸汽油发动机怠速控制研究

论文摘要

进入21世纪以来科学技术不断进步,社会发展迅速，非再生能源越来越少，环境情况不容乐观。中国在发展，但我们要坚持自己的发展主题，那就是要贯彻执行节能、环保与可持续发展政策。每年越来越多的汽车行驶在公路上，汽车排出的尾气是大气污染的重要因素之一，城市中车辆众多，交通拥挤，汽车行驶时经常处于怠速工况，燃油消耗约有30%用于怠速工况。本课题针对这一情况，建立了怠速无静差跟踪控制系统，并且进行了仿真实验，实验结果验证了该控制系统控制性能优良。本文首先介绍了课题的研究背景和意义，对怠速控制的目的和主体思路进行说明，介绍了汽油机怠速控制的研究现状和发展趋势。然后本设计基于递推增广最小二乘法的汽油机怠速ARMAX模型辨识算法，以MATLAB/simulink中的汽油机模型为辨识对象，利用该算法在线辨识获得了465Q型汽油机理论怠速ARMAX模型。本文对内模控制、无静差跟踪控制、最优控制进行了系统和深入的研究，提出了一种确定无静差跟踪控制系统极点位置的方法，该方法在最优控制系统极点基础上通过逐步移动无静差跟踪控制系统极点以获得近似最优的控制性能。本文推导了计算无静差控制器参数的全部公式，使怠速控制系统设计更加完整和系统化。最后，本文在MATLAB/simulink开发环境中建立汽油机怠速无静差跟踪控制系统仿真实验，分析了怠速无静差跟踪控制器动静态性能、抗负载突变能力、抗负载持续变化能力、系统鲁棒性等各项系统性能指标。结果表明怠速无静差跟踪控制系统控制性能优良，完成怠速控制目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 怠速控制的目的和主体思路
• 1.2.1 怠速控制的目的
• 1.2.2 怠速控制的主体思路
• 1.3 汽油机怠速控制的研究现状和发展趋势
• 1.4 本文的主要内容
• 第2章 汽油机怠速工况分析
• 2.1 汽油机怠速控制系统结构
• 2.2 电子节气门控制分析
• 2.2.1 加速踏板模块
• 2.2.2 电子节气门
• 2.2.3 节气门位置传感器
• 2.3 气缸进气分析
• 2.3.1 空气流量传感器
• 2.3.2 进气压力温度传感器
• 2.4 曲轴位置和发动机转速分析
• 2.4.1 曲轴位置的信号调节
• 2.4.2 曲轴位置计算
• 2.4.3 段时间和发动机转速的计算
• 2.5 汽油机怠速系统主要传感器
• 2.6 汽油机怠速系统主要执行器
• 2.7 本章小结
• 第3章 汽油机怠速模型辨识
• 3.1 递推增广最小二乘法
• 3.1.1 ARMAX 模型介绍
• 3.1.2 递推增广最小二乘法
• 3.2 汽油机怠速模型辨识
• 3.3 汽油机怠速工况辨识模型验证
• 3.4 汽油机怠速模型状态方程
• 3.5 本章小结
• 第4章 汽油机怠速无静差跟踪控制系统设计
• 4.1 内模控制及无静差跟踪控制
• 4.1.1 内模控制
• 4.1.2 无静差跟踪控制器
• 4.2 基于最优控制的无静差跟踪控制系统极点配置改进方法
• 4.2.1 传统无静差跟踪控制系统极点配置方法
• 4.2.2 基于最优控制的无静差跟踪控制系统极点配置方法
• 4.3 怠速无静差控制系统设计
• 4.3.1 怠速无静差控制系统状态空间描述
• 4.3.2 基于极点配置法的控制器参数确定
• 4.3.3 状态观测器设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 汽油机怠速控制系统仿真
• 5.1 汽油机怠速控制系统仿真结构介绍
• 5.2 怠速无静差跟踪控制系统动静态性能分析
• 5.2.1 突加负载时怠速控制系统性能分析
• 5.2.2 突减负载时怠速控制系统性能分析
• 5.2.3 负载逐渐减小时怠速控制系统性能分析
• 5.3 怠速无静差跟踪控制系统鲁棒性能分析
• 5.3.1 汽油机最大功率变化时怠速系统性能分析
• 5.3.2 汽油机最大功率时转速变化时怠速系统性能分析
• 5.3.3 汽油机最大转速变化时怠速系统性能分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
• 附录B 递推增广最小二乘法 MATLAB 程序