基于Labview的柴油机电控单元快速控制原型平台的设计与开发

论文摘要

随着能源危机、环境恶化等问题日益突出,在内燃机工程领域,因发动机电子控制系统拥有更精准的控制能力,能够实现更好的燃烧,逐步地取代了传统的机械控制方式。同时,由于人们对车辆动力性、舒适性、经济性和安全性等要求不断提高,电控系统功能越来越复杂,电控单元数量不断增加。因而,ECU的开发周期直接决定了发动机或车辆的上市时间。近些年,随着控制系统硬件的开放性增强,控制策略软件开发成为电控单元开发的重点与难点。在系统开发初期,通过快速原型平台将实际控制对象/外部环境连接到闭环控制回路中,快速修改和生成运行于实时硬件上的控制器模型,检验控制算法的性能。快速原型技术在电控系统中的应用,为复杂控制算法的研究与验证提供了一种具有更高置信度的系统仿真手段,实现开发与验证地同步进行,有效地降低了开发成本、缩短了开发周期。基于上述情况,文中首先总结了国内外快速控制原型系统的现状,分析了快速控制原型系统的发展趋势；接下来详细研究了快速控制原型的应用对象—发动机电控系统的工作原理、结构和快速控制原型技术的原理及相关理论知识,通过对三种典型的快速控制原型平台系统功能结构对比分析,提出了一种基于NI PXI实时处理器、可编程门控电路(FPGA)和图形化建模工具LabVIEW开发快速控制原型系统的方法,并进一步进行系统总体结构、层次结构划分和软件功能模块细化；最后,遵循通用化、模块化,可扩展的软件开发原则,采用LabVIEW软件对快速原型平台的关键模块进行详细设计,开发了平台的输入输出接口功能模块、通用的软件配置模块、输入输出特性监测模块和平台用户接口界面功能模块,采用NI MAX实现了硬件的集成配置、NI项目管理功能实现了对控制软件的集成管理,通过NI系统的部署功能实现了控制模型到实时处理器的下载功能。本文的研究是开发自主快速控制原型系统的前期工作,通过平台的有效运行,表明采用基于NI软硬件平台建立快速原型系统的开发方式,能够满足系统开发的需求,为后续电控系统控制策略的快速开发与验证奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 快速控制原型技术国内外发展状况
• 1.2.1 快速控制原型技术国外研究现状
• 1.2.2 快速控制原型技术国内研究现状
• 1.3 课题研究内容
• 第2章 快速控制原型技术及开发平台总体分析
• 2.1 共轨柴油机电控系统
• 2.1.1 共轨系统工作原理
• 2.1.2 电控单元软件系统分析
• 2.1.3 电控系统硬件系统分析
• 2.2 传统快速控制原型技术
• 2.2.1 快速控制原型技术概念
• 2.2.2 快速原型技术实现流程
• 2.2.3 快速控制原型工作模式
• 2.3 NI快速控制原型技术及特点
• 2.3.1 硬件平台优势
• 2.3.2 软件平台优势
• 2.3.3 NI系统的实时特性
• 2.4 本章小结
• 第3章 快速控制原型系统需求分析和总体设计
• 3.1 典型快速控制原型系统特点分析
• 3.2 快速控制原型平台功能需求分析
• 3.2.1 平台硬件总体功能需求
• 3.2.2 平台软件功能需求分析
• 3.2.3 开发环境的选择分析
• 3.3 快速控制原型平台总体设计
• 3.3.1 总体功能设计
• 3.3.2 层次总体设计
• 3.3.3 功能模块细化
• 3.4 本章小结
• 第4章 快速控制原型平台软件功能开发与测试
• 4.1 功能模块开发设计思想
• 4.2 平台接口功能模块开发
• 4.2.1 接口功能硬件结构
• 4.2.2 接口功能信号输入输出策略
• 4.2.3 模拟量输入与输出处理模块
• 4.2.4 数字信号输出
• 4.3 使用NIMAX实现硬件系统的管理
• 4.4 软件模块管理与配置
• 4.5 软件参数配置器模块开发
• 4.6 使用NI部署功能实现模型下载
• 4.7 控制模型输入输出特性监测功能开发
• 4.8 系统功能用户接口功能开发
• 4.9 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A （攻读硕士学位期间所发表的学术论文）