小型电喷汽油发电机组控制策略的研究

摘要

随着环境污染的加剧，针对发动机排放的法规越来越严格，同时能源日益短缺，节能和减排已成为当今社会的主题。目前，小型通用汽油机发电机组仍主要以化油器作为供油方式以及机械装置进行调速。化油器存在油耗高的缺点，且化油器式汽油发动机的排放在越来越严格的法规面前显示出不足，而发电机组机械调速装置也存在调节滞后、调节精度低、稳定性差的缺点。电喷技术相对化油器在节能减排方面拥有巨大优势，为取代化油器提供了途径，其中FAI电喷系统是适应于小型通用汽油机的电喷技术解决方案，而机械调速装置无法与电喷平台相耦合，制约着发电机性能的进一步提高，因此开发适应电喷系统的，实用、可靠、价格合理的数字调速系统是亟需解决的任务。
　　本文就适用于电喷发电机的数字调速系统进行研制，为了更好地提高调速性能，重点对其中的控制策略进行了分析研究。
　　首先，根据发电机组的实际应用需求，进一步优化了电喷系统设计，包括电流检测、MCU、电子节气门驱动方式、控制策略等的改进;依照FAI标定体系，对电喷改造后的发动机进行了点火和喷油等相关MAP的标定。
　　其次，借鉴电控系统的V型开发模式，利用GT-POWER和Matlab/Simulink软件分别建立了发动机模型、电子节气门模型并同真实发动机、电子节气门的特性进行了对比。在Simulink环境下耦合了发动机GT-POWER模型和电子节气门模型，设计了PID、模糊PID、前馈模糊PID等不同的控制策略，对控制效果进行了仿真及对比分析，验证了前馈模糊PID控制策略的优越性。
　　再次，根据优化的控制策略，对数字调速系统的硬、软件进行实现。给出了硬件的详细设计，包括角标信号处理电路、电流采样电路、电机驱动电路等;给出了软件的详细设计，包括加速模块、恒速控制模块、故障监测报警模块以及通信模块等;进一步提出了多齿的控制策略，给出了多齿软、硬件模块设计;利用FAI开发的DATAVIEW为平台，编写了上位机的CAN通信模块，扩展了产品总线接口的需求。
　　最后，对设计好的数字调速系统进行台架试验，就PID、模糊PID、前馈模糊PID、多齿等控制策略进行了对比分析，同时对样机的排放及油耗进行了测试并与原机进行了对比，结果表明，电喷系统在小型通用汽油机上实现了节能减排，所设计数字调速系统性能优越，调速性能达到了相关国际标准要求。

目录

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摘要

图清单

表清单

字母注释表

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外的排放法规

1．3 电喷系统的优势

1．4 调速系统的发展

1．5 课题的意义与主要工作

第二章 电喷发动机建模及其仿真

2．1 电喷系统及其原理

2．2 发动机点火喷油的标定

2．3 电子节气门的数学建模及其仿真

2．4 发动机建模及其仿真

2．5 本章小结

第三章 调速策略的设计及仿真

3．1 PID控制策略的总体设计

3．2 模糊PID的控制策略

3．3 前馈模糊PID控制策略

3．4 本章小结

第四章 调速系统软、硬件的实现

4．1 调速系统的要求及概述

4．2 调速系统硬件设计

4．3 调速系统软件设计

4．4 基于多齿的控制设计

4．5 上位机CAN通信的实现

4．6 本章小结

第五章 实验验证及分析

5．1 试验条件

5．2 电喷发动机同原机的对比

5．3 发电机组的加速试验

5．4 恒速控制策略的稳态实验和瞬态实验

5．5 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢