电子节气门系统建模与先进控制方法研究

摘要

节气门是一种控制进入发动机空气流量的阀门，空气流量的大小由节气门的开度大小决定。在车辆运行过程中，发动机在不同转速、转矩工况下对空燃比有不同的要求，以使得发动机的燃料能充分燃烧，从而实现高效率运行。电子节气门是一种新型的节气门，其基本原理是通过直流电机带动碟片旋转以实现开度控制，节气门体内有位置传感器可以实时检测碟片转角。本文的主要目的是通过电子节气门系统的建模，从不同角度提出多种先进控制方案，以实现节气门闭环系统性能的提升，并完成方案的仿真和实验验证。
　　本文首先介绍了电子节气门的机械结构和基本电气原理，分析了电子节气门的特性，并建立了数学模型。在此基础上，我们首先研究了基于PI控制的电子节气门系统控制方案。分析表明，在摩擦和外部扰动的影响下，系统性能难以令人满意。因此，我们研究提出了基于扰动观测器的电子节气门复合控制方案。这种控制设计将系统扰动通过扰动观测器观测并设计相应的前馈补偿。实验结果验证了该方案的有效性。
　　为进一步提升系统抑制参数不确定和干扰的能力，研究了基于扰动观测器的电子节气门系统滑模控制方案。滑模控制使得系统具有良好的鲁棒性和抗扰动性能，基于扰动观测和前馈补偿的滑模控制方案可以在保证抗干扰性能的同时，使得切换增益只需要取得比干扰估计误差界更大即可，有效地减缓了大的切换增益带来的抖颤现象。在传统的基于线性滑模面控制的基础上，还研究了基于非线性滑模面的电子节气门系统非奇异终端滑模控制方案。该方案可以使得系统误差有限时间之内收敛至原点，进一步提高闭环系统收敛性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 背景与意义

1．3 国内外研究现状

1．4 本论文的工作和内容安排

第二章 电子节气门结构原理与数学模型

2．1 引言

2．2 节气门介绍

2．2．1 机械式节气门与电子节气门

2．2．2 被动式与主动式电子节气门

2．3 电子节气门结构原理

2．4 电子节气门数学模型

2．4．1 直流电机

2．4．2 回位弹簧特性

2．4．3 传动齿轮

2．4．4 摩擦力矩

2．4．5 节气门数学模型

2．5 小结

第三章 基于干扰观测器的电子节气门控制器设计

3．1 引言

3．2 基于PID的电子节气门控制方案

3．2．1 PID控制介绍

3．2．2 控制方案

3．2．3 仿真

3．3 基于干扰观测器的复合控制方案

3．3．1 干扰观测器原理介绍

3．3．2 方案设计

3．3．3 仿真验证

3．4 实验验证

3．4．1 实验平台介绍

3．4．2 摩擦非线性现象

3．4．3 实验对比

3．5 小结

第四章 滑模控制在电子节气门系统中应用

4．1 引言

4．2 滑模控制介绍

4．2．1 原理介绍

4．2．2 抖颤问题

4．3 电子节气门滑模控制设计

4．3．1 滑模控制器设计

4．3．2 仿真验证

4．4 本章小结

第五章 基于终端滑模控制的电子节气门系统控制方案

5．2．1 终端滑模控制方法

5．2．2 非奇异终端滑模

5．3 非奇异终端滑模控制器设计

5．3．1 控制器设计

5．3．2 仿真验证

5．4 小结

第六章 总结

致谢

参考文献

作者在学期间科研成果