电子节气门有限时间位置跟踪控制及其硬件在环实验验证

摘要

电子节气门是汽车发动机的重要组成部分，控制着进入发动机气缸的空气量。对电子节气门阀片位置进行快速准确的控制有利于提升发动机的运行性能，并提高整车的行驶安全性、司机的驾驶舒适性、燃油的经济性，同时降低汽车尾气中有害气体的排放。由于非线性因素和不确定参数的存在，增加了对电子节气门控制的难度。本文针对考虑非线性和参数不确定性因素的电子节气门系统以提高系统响应快速性为目的的位置跟踪控制进行了如下研究：
　　通过对电子节气门系统的结构进行分析，建立了用于控制器设计的数学模型。针对系统中存在的参数不确定性，采用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization, PSO)进行离线参数辨识，为了避免粒子陷入局部最优，增加变异机制改进 PSO。为了进一步提高系统的动态响应速度，利用 Backstepping和加幂积分技术，设计了有限时间伺服控制器(Finite Time Servo Control, FTSC)。
　　考虑到离线参数辨识具有操作量大、耗时长的问题，经过进一步研究，设计出了以自适应控制对系统参数进行在线估计的自适应有限时间伺服控制器(Adaptive Finite Time Servo Control, AFTSC)。有限时间收敛保证了系统响应的快速性，自适应估计的参数值可以对控制器参数进行实时调节，自适应律保障了系统在不同工况下的鲁棒性。
　　通过与现有文献中提出的控制器进行控制系统的MATLAB仿真对比来验证控制器的有效性。为了进一步说明控制器的实际应用性能，进行了基于 dSPACE的半实物仿真实验平台的实验验证。仿真及实验结果表明，FTSC与AFTSC两种控制器都使电子节气门系统实现了快速准确的位置跟踪控制。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 电子节气门的研究现状

1.3 有限时间理论研究现状

1.4 控制目标

1.5 本文主要研究内容

第2章 电子节气门系统及其实验平台描述

2.1 电子节气门的数学模型建立

2.2 实验平台搭建

2.3 预备知识

2.4 本章小结

第3章 基于PSO的有限时间伺服控制器设计

3.1 粒子群优化算法参数辨识

3.2 控制器设计及系统稳定性分析

3.3 仿真与实验验证

3.4 本章小结

第4章 自适应有限时间伺服控制器设计

4.1 控制器设计及系统稳定性分析

4.2 仿真与实验验证

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢