柴油机电控系统硬件在环仿真技术研究

论文摘要

随着微机技术和电子控制技术的发展,以及对柴油机综合性能要求的不断提高,电控技术已经成为柴油机技术发展的重要方向,电控系统也已成为先进柴油机的标准配置。柴油机与电控系统的良好匹配是必需解决的问题,传统的方法是通过配机试验来调整控制系统的功能、控制规律及参数,保证柴油机的性能指标满足设计要求。这种方法存在开发周期长、成本高、危险工况和极限参数无法进行配机试验等缺点。为此,本文以MTU公司生产的16V396TE94柴油机为研究对象,提出了以dSPACE系统为平台,基于建模、仿真技术的柴油机电控系统硬件在环实时仿真解决方案。本文主要完成了以下工作:了解柴油机及其电控系统等仿真对象的技术特点,选择合适的数学模型;以柴油机的技术参数、试验数据为基础,应用MATLAB/Simulink建模仿真软件建立柴油机的仿真模型(包括涡轮增压器、柴油机本体、中冷器、燃油系统、调速系统等模型),并对其进行离线仿真测试;将柴油机仿真模型以C代码的方式下载到dSPACE系统中,在其外部接入396柴油机电控系统(ECS),以dSPACE为平台实现电控系统硬件在环仿真。本文根据柴油机不同的运行工况,分别进行了离线和实时仿真试验,观察柴油机转速、齿条位移等参数随时间的变化规律,并与柴油机的实际试验结果进行对比,仿真结果与试验结果基本吻合,从而表明所建立的数学模型、仿真模型及仿真计算方法是正确、可行的。该仿真系统具有功能完善、调试方便、可进行极限工况和极限参数试验、试验成本低、周期短、通过修改模型及有关参数即可适应不同机型等优点。该系统的开发为柴油机电控系统的研制和生产提供了良好的调试和试验平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 柴油机电控技术发展
• 1.2 仿真技术概述
• 1.3 本课题国内外的发展现状
• 1.3.1 国外发展现状
• 1.3.2 国内发展现状
• 1.4 研究本课题的目的和意义
• 1.5 本文主要工作
• 第2章 电控系统硬件在环仿真研究方案总体设计
• 2.1 柴油机电控系统的现代开发技术
• 2.1.1 传统的电控系统开发方法
• 2.1.2 电控系统现代开发技术
• 2.2 MTU16V396TE94柴油机
• 2.3 ECS控制系统
• 2.4 柴油机电控系统硬件在坏仿真研究方案的选择
• 2.5 柴油机电控系统硬件在环仿真的总体设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 增压柴油机及其控制系统数学模型的建立
• 3.1 数学模型的选择
• 3.1.1 数学模型分类
• 3.1.2 柴油机平均值模型简介
• 3.2 增压柴油机数学模型的建立
• 3.2.1 涡轮增压器数学模型
• 3.2.2 中冷器数学模型
• 3.2.3 柴油机本体数学模型
• 3.2.4 燃油系统数学模型
• 3.3 柴油机控制系统数学模型的建立
• 3.3.1 调速器数学模型
• 3.3.2 执行器数学模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 增压柴油机的动态仿真研究
• 4.1 仿真环境
• 4.1.1 MATLAB软件介绍
• 4.1.2 Simulink建模仿真环境
• 4.1.3 RTW代码自动生成环境
• 4.2 高级仿真技术的应用
• 4.2.1 子系统的创建与封装
• 4.2.2 代数环的解决方案
• 4.2.3 Stateflow图形化编程工具
• 4.2.4 MATLAB工作空间Workspace
• 4.3 仿真参数设置
• 4.3.1 设置仿真时间
• 4.3.2 设置仿真步长
• 4.3.3 选择仿真算法
• 4.4 增压柴油机及其控制系统的仿真模型
• 4.4.1 涡轮增压器仿真模型
• 4.4.2 中冷器仿真模型
• 4.4.3 柴油机本体仿真模型
• 4.4.4 增压柴油机仿真模型
• 4.4.5 燃油系统仿真模型
• 4.4.6 控制系统仿真模型
• 4.4.7 涡轮增压柴油机及其控制系统整体仿真模型
• 4.5 动态仿真结果输出及结果分析
• 4.5.1 验证柴油机仿真模型
• 4.5.2 PID调节器各参数对仿真结果的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于dSPACE的柴油机硬件在环仿真研究
• 5.1 实时仿真环境dSPACE介绍
• 5.2 dSPACE软件环境
• 5.2.1 dSPACE接口软件RTI（Real-Time Interface）
• 5.2.2 实验和测试软件ControlDesk
• 5.3 dSPACE硬件系统
• 5.3.1 DS1005PPC控制器板
• 5.3.2 与dSPACE的接口硬件I/O板
• 5.4 实时模型与控制器的信号接口
• 5.5 硬件在环仿真试验与结果分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢