发动机富氧燃烧配气比例控制算法研究

摘要

汽车尾气污染已经成为城市大气环境主要污染源之一，减少汽车排放污染物是汽车产业正面临的巨大挑战。汽车尾气污染物主要有NOx、HC、CO以及颗粒物(PM)，富氧燃烧可以有效降低HC与CO的排放，并改善燃烧条件提高气缸内燃烧温度，使燃烧效率提高，具有节能效果，富氧燃烧是解决当今汽车尾气排放高污染的有效途径之一。
　　本文基于FPGA技术，对发动机富氧进气控制系统进行开发与研究。随着EDA技术的不断发展，FPGA已经广泛应用于新产品的研发。FPGA技术较传统通用处理器有着长足的进步，其性能与抗干扰能力都有很大改进。本设计使用Altera公司的Cyclone EP1C12Q240C8N芯片，借助QuartusⅡ平台进行FPGA的开发，采用自顶向下设计方法，运用VHDL语言设计FPGA各模块，并使用QuartusⅡ的仿真功能对各模块的性能进行测试和验证，结果表明设计的FPGA模块均达到预期要求。利用Matlab中的Simulink对模糊控制器进行性能分析与调试，并采用快速查表法，实现基于FPGA的复合式PID模糊控制。
　　通过对进气系统的配气要求分析，应用以复合式PID模糊控制的方法对富氧配气比例进行控制。复合式PID模糊控制结合了传统PID控制和模糊控制的优点，既具备普通模糊控制反应快、鲁棒性好等优点，又通过引入PID控制，消除了传统模糊控制的盲区，静态响应得到明显改善。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外现状

1．2．1 国外现状

1．2．2 国内现状

1．3 主要研究内容

2 发动机进气配比试验台方案设计

2．1 发动机进气系统

2．2 富氧燃烧原理及其作用

2．2．1 富氧燃烧原理

2．2．2 富氧燃烧对发动机性能的影响

2．2．3 富氧燃烧对碳氢化合物排放的影响

2．2．4 富氧燃烧对一氧化碳排放的影响

2．2．5 富氧燃烧对氮氧化物排放的影响

2．3 试验台供氧管径计算

2．3．1 计算基础概述

2．3．2 进气管气体流量

2．3．3 计算试验所用管径的计算

2．4 富氧配气比例试验台组成

2．4．1 试验台的构成

2．4．2 试验台的功能

2．5 本章小结

3 复合式PID模糊控制算法设计

3．1 PID控制

3．1．1 PID控制综述

3．1．2 PID控制算法设计

3．2 模糊控制

3．2．1 模糊控制历史概述

3．2．2 模糊控制组成

3．3 复合式PID模糊控制算法设计

3．4 复合式PID模糊控制器MATLAB建立与仿真

3．4．1 氧气配气系统数学建模

3．4．2 模糊控制MATLAB建立

3．4．3 PID控制器参数的确定

3．4．4 控制选择器参数的确定

3．4．5 复合式PID模糊控制系统仿真

3．5 本章小结

4 FPGA模块设计

4．1 FPGA简介

4．1．1 FPGA概述

4．1．2 FPGA的发展与分类

4．1．3 FPGA开发流程

4．2 VHDL硬件描述语言简介

4．2．1 VHDL硬件描述语言概述

4．2．2 VHDL硬件描述语言的优势

4．2．3 VHDL硬件描述语言的结构

4．3 基于FPGA的基础模块设计

4．3．1 基于RS触发器的按键消抖模块

4．3．2 累计计算模块

4．3．3 比较器模块

4．3．4 AD功能模块

4．3．5 占空比调节模块

4．4 基于FPGA的复合式PID模糊控制器设计

4．4．1 基于FPGA的模糊控制的快速查表法设计

4．4．2 基于FPGA的PID控制器模块设计

4．4．3 基于FPGA的复合式PID模糊控制器整合

4．5 本章小结

5 相关实验与结果分析

5．1 SMART SOPC平台测试

5．2 占空比与供氧量匹配实验

5．3 试验结果分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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