汽车发动机电子节气门控制系统研究

论文摘要

随着科技的不断进步和发展,汽车工业也在飞速的发展。2008年,中国汽车产量达519.3万辆,超越美国跃居世界第二,仅次于日本。2009年,中国汽车产量达到1379.1万辆,超过了第二名日本和第三名美国的产量之和,成为世界汽车产销第一大国。我国汽车保有量的大幅上升,汽车对人们的日常生活和社会经济产生的影响也越来越大,从而导致人们对它的依赖性越来越强,更倾向于追求汽车的节能、环保、安全性和舒适性等方面更高标准的要求。由于石油能源消耗的急剧增加,导致能源枯竭,油价上涨,对汽车的安全性、舒适性、燃油经济性、排放性的研究也将是未来发展的趋势。本论文首先介绍了论文研究的意义、机械式节气门和电子节气门的结构和工作原理、电子节气门控制系统的优缺点、国内外研究现状及发展趋势、目前电子节气门研究中存在的技术难点和未来的发展方向,分析了影响电子节气门精确控制的非线性因素,并在此基础上建立了电子节气门的数学模型和matlab仿真模型。在建立数学模型时,考虑了跛行回家非线性的影响;在对复位弹簧进行控制时,考虑弹簧扭矩系数不同的影响。确定了电子节气门仿真参数,设计了增益调度PID控制算法和数字PID控制算法,结合建立的仿真模型,在matlab进行仿真并分析仿真结果。完成了电子节气门控制器的软硬件设计,并对试验结果进行分析。本论文采用matlab仿真和试验相结合的研究方法。在试验前,先对电子节气门及油门踏板进行标定,以达到准确控制节气门开度的目的。其次,设计了增量式PID控制器和增益调度PID控制器并进行试验,主要包括电子节气门由小开度向大开度阶跃试验和由大开度向小开度阶跃试验。从试验的结果可以得出,增量式PID控制产生了较大的超调量,上升时间、稳定时间较长,系统响应存在着滞后;而增益调度PID控制具有系统响应速度快,滞后时间较短,超调量较小,系统的位置跟随特性较好。因此,增益调度PID控制可以准确的控制节气门开度,在试验中也取得了较好的控制效果。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 本论文研究的意义
• 1.2 节气门控制系统
• 1.3 电子节气门优缺点
• 1.4 国内外研究现状、发展趋势
• 1.5 技术难点及未来发展方向
• 1.6 本论文的主要内容和预期目标
• 1.7 本论文研究的关键问题和采用的主要方法
• 1.8 本章小结
• 第2章 电子节气门建模
• 2.1 电子节气门系统非线性因素分析
• 2.2 建立电子节气门数学模型
• 2.3 电子节气门系统参数的确定
• 2.4 电子节气门在matlab/simulink 建立的仿真模型
• 2.5 电子节气门控制算法设计
• 2.6 仿真结果分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 电子节气门控制器硬件电路设计
• 3.1 电子节气门控制系统硬件结构
• 3.2 单片机的选型
• 3.3 电源稳压电路
• 3.4 复位电路
• 3.5 JTAG、ISP 仿真接口与外部时钟
• 3.6 串行通信电路
• 3.7 信号处理电路
• 3.8 直流电机驱动电路
• 3.9 本章小结
• 第4章 电子节气门控制器软件设计
• 4.1 软件开发环境的建立
• 4.2 软件系统总体分析及功能模块划分
• 4.3 信号采集模块程序设计
• 4.4 定时器2 程序设计
• 4.5 串口通信模块程序设计
• 4.6 角度偏差计算模块程序设计
• 4.7 直流电机控制模块程序设计
• 4.8 控制算法模块程序设计
• 4.9 本章小结
• 第5章 模拟试验及结果分析
• 5.1 电子节气门及油门踏板的标定
• 5.2 电子节气门控制系统评价指标
• 5.3 试验设备及试验条件
• 5.4 模拟试验结果分析
• 5.5 本章小结
• 第6章全文总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 6.3 创新点
• 参考文献
• 附录
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢