汽车电子节气门检测平台控制系统设计

摘要

本文设计了电子节气门检测平台的控制系统，实现了节气门开度的精确控制，完成了一系列产品检测任务。 首先分析了电子节气门的结构和工作原理，对其各个模块进行了数学建模和模型参数的计算，建立了系统的微分方程，并在MATLAB/Simulink中搭建了节气门的仿真模型；通过零极点图和Nyquist图，从频域的角度证明了系统开环和闭环的稳定性。 其次研究了电子节气门的控制方法。通过普通PID的控制仿真，总结了控制系统的控制难点和优化目标；设计了抗饱和变速积分环节改善了积分器的性能，设计了前馈补偿环节消除复位弹簧的非线性力矩；基于参数可变的思想，设计了模糊控制器，实现了前馈与模糊自适应PID的复合控制。 然后对控制系统的软硬件进行了研究，其中硬件部分完成了电源模块、CAN通信模块、驱动模块和传感模块的电路设计，采用功能分区的方式进行PCB的设计，增强系统的抗干扰能力；软件部分建立了控制系统的软件框架，完成了各个功能模块的软件设计，同时基于检测任务，设计了系统状态机模型，将检测任务分解为4个子任务，并完成了相应的软件设计。 最后搭建实验平台，对电子节气门控制及检测任务进行了实验与分析。通过对比实验，证明了前馈与模糊自适应PID控制能够使系统获得更好地动态特性和静态特性；进行了基本性能检测实验和模拟工况曲线跟随实验，证明了系统具有较高的准确性和可靠性，实现了预期的设计目标。

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