汽车发动机的变结构控制和智能控制方法研究

摘要

在汽车发动机的控制中,转速和燃油控制是二个非常关键的项目,特别是自动化高速公路计划(Automated highway project)提出来以后,寻求一个较好的解决汽车发动机转速(汽车速度)控制方案是现代汽车工业面临的一个新课题.发动机燃油控制的质量直接影响到发动机的工作性能,一直是人们研究的重点.汽车发动机使用环境变化大,使用条件有时非常恶劣,从寒冷的冬天突然启动进入行驶状态,行驶过程中的突然加速,急剧的扭矩变化等等,在这样的条件下,为了使其热效率、输出功率、行驶性、安全性和排气清洁性处于最佳状态,给汽车发动机的控制带来了极大的困难,特别是零排放汽车排放标准的提出,对发动机控制提出了更高的要求.汽车发动机是一个典型的非线性、时滞、时变系统.而变结构控制适应于线性与非线性、连续与离散、确定与不确定、集中参数与分布参数、同步与时滞系统,具有一定意义下的完全鲁棒性.智能控制能够将人类的智慧应用到控制系统中去,解决非线性、复杂的系统控制问题.该文通过一个具体的汽车发动机模型,采用滑动模态变结构控制(SMC)和智能控制(NC、FSMC)方法,对汽车发动机转速和空气—燃油比(A/F)的协调控制进行了研究.根据汽车发动机控制的特点,提出了新的燃油喷射规律和在特定条件下设计滑模面的方法;引入了转速与A/F控制的二维滑模面,采用发动机的线性与非线性模型,对SMC控制器进行了设计;对发动机转速神经控制的结构和神经网络的形式进行了研究;将模糊控制与变结构控制相结合,很好地解决了发动机转速与燃油变结构控制中出现的转速抖振问题;同时对SMC控制器和智能控制的硬件与软件进行了设计研究.仿真结果表明,变结构控制和智能控制是解决发动机转速与燃油控制问题非常有效的方法.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1汽车发动机的控制

1.1.1汽车的控制项目

1.1.2点火时刻控制的要求

1.1.3空燃比(A/F)控制的要求

1.1.4汽车发动机的转速控制

1.1.5汽车发动机的燃油控制

1.2汽车发动机模型介绍

1.3变结构控制的基本内容和特点

1.3.1单输入简约型系统的变结构控制

1.3.2多输入简约型系统的变结构控制

1.3.3变结构控制中的极点配置方法

1.4智能控制的主要方法介绍

1.5本文进行的工作

第二章汽车发动机模型的建立及PID控制

2.1汽车发动机模型的建立

2.1.1误差及稳定工作点

2.1.2发动机模型的改进

2.1.3发动机模型的线性化

2.1.4发动机仿真模型的创建

2.2汽车发动机转速与燃油的PID控制

2.2.1算法及参数优化

2.2.2仿真结果与分析

第三章汽车发动机转速与燃油的变结构控制

3.1发动机线性化模型的SMC转速控制

3.1.1切换函数

3.1.2匹配条件

3.1.3控制变量的计算

3.1.4仿真结果及结论

3.2发动机非线性模型的SMC转速与燃油协调控制

3.2.1切换函数

3.2.2滑模稳定条件

3.2.3控制变量的计算

3.2.4变结构控制框图

3.2.5仿真结果及总结

第四章汽车发动机转速与燃油的智能控制

4.1概述

4.2发动机转速的神经控制(NC)

4.2.1发动机转速NC的设计

4.2.2仿真结果

4.2.3结论及讨论

4.3发动机转速与燃油的模糊变结构控制(FSMC)

4.3.1发动机转速与燃油FSMC的设计

4.3.2仿真结果

4.3.3结论及讨论

第五章SMC和F-SMC实现的探讨

5.1 SMC和F-SMC的硬件设计

5.1.1 SMC和F-SMC对硬件的要求

5.1.2 SMC和F-SMC控制芯片的选择

5.1.3SMC和F-SMC硬件设计方案

5.2 SMC和FSMC的软件设计

5.3 SMC和FSMC控制器的仿真

总结

致谢

参考文献

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