基于虚拟样机的电子节气门控制仿真技术研究

摘要

电子节气门控制系统是用来调节发动机进气量的装置。电子节气门控制系统以传感器组和执行器取代了传统节气门的机械连接，开度在任何工况下都由驱动电机控制。它能有效地提高汽车燃油经济性和降低排放，并实现车辆的柔性控制，其应用前景广泛。国外产品已大规模进入市场，国内尚处于引进使用阶段，还没有成熟产品。
　　 电子节气门是典型的非线性机构，其控制策略的研究一直是个难点。通过构建电子节气门状态方程或传递函数等数学模型来研究其控制策略，伴随着繁杂的参数辨识工作，也延长了产品设计周期；而通过构建电子节气门虚拟样机来研究其控制策略，便能从同一个数字模型来综合评估控制系统和机械模型，从而简化物理样机检验的工作。
　　 本文运用三维建模工具Pro/E和动力学仿真软件ADAMS创建电子节气门的虚拟样机模型。通过Adams/control接口成功实现了ADAMS和Matlab的联合仿真。本文工作的主要内容有：
　　 1.论文分析了基于数学模型来开展电子节气门控制仿真的不足，并在此基础上提出了基于虚拟样机的电子节气门联合仿真系统设计方案。
　　 2.论文分析了选择ADAMS做为虚拟样机技术实现工具和选择Pro/e做为三维建模工具的理由，并研究了ADAMS与三维建模软件Pro/E及控制软件Matlab的接口问题。
　　 3.论文依据电子节气门实际的机械特性完成了虚拟样机模型的创建，并通过和物理样机的对比验证了虚拟样机模型的正确性。
　　 4.论文设计了常规的PID控制器和基于模糊切换的模糊PID控制器，并联合虚拟样机模型进行仿真。仿真结果表明，模糊PID控制比PID控制更能适应电子节气门非线性因素的影响，而且模糊PID控制无超调量、响应速度快。
　　 5.论文在以飞思卡尔MC9S12GC64为主芯片，MC33887为电机控制芯片的硬件电路上，设计了模糊PID控制器并进行了电子节气门的控制实验。实验结果表明该控制系统能够实现对电子节气门位置的精确控制。