CNG发动机能源供应与控制系统研究

摘要

近些年来，在石油资源短缺和环境污染加剧的背景下，特别是雾霾天气出现后，在汽车领域，人们对于使用清洁无污染燃料的汽车要求显得更加地迫切和紧急。天然气作为一种清洁无污染的新型能源，在现阶段是石油和柴油理想替代品，被公认为是在当前背景下最有发展前景的清洁燃料之一。采用怎样的方式对天然气发动机的能源进行供应和控制，对于发动机的动力性、经济性和排放性起着决定性的作用。本文以压缩天然气汽车发动机的能源供应和控制为研究对象，构建了一套天然气供应和自动控制系统，着重研究了对发动机性能有重要影响的空燃比和点火提前角，本课题具有重要的工程应用与实践意义。　　本文对天然气汽车的燃气供给系统和发动机的电子控制系统给出了设计方案，并对各个器件的功能和特点进行了分析和设备选型，以便满足汽车的正常工作要求。　　天然气发动机的燃气喷射量由空燃比来决定，对于瞬态的空燃比采用模糊PID的控制方式。根据系统检测及计算的空燃比误差的不同，采用的控制方式也不同。采用模糊控制和模糊PID控制相结合的方式控制天然气燃气喷射的量。当空燃比误差较大时，采用模糊控制，能使空燃比迅速地靠近理想值；当空燃比误差较小时，采用模糊PID的控制方式，能够精确的控制空燃比。通过结合二者控制算法的优点，能够快速精确地控制燃气喷射。　　点火提前角也是影响发动机性能的重要因素，对于点火提前角的控制采用BP神经网络的控制方式。以发动机的转速和进气歧管压力作为BP神经输入，点火提前角作为输出，定义出合适的神经网络。利用已经测得的数据对BP神经网络进行训练，调整权值，利用已训练好的神经网络，就可以得到各种不同的工作状态下所对应发动机合理的点火提前角。　　最后本文采用MATLAB/Simulink对空燃比和点火提前角的控制算法进行了仿真，采用Simulink建立控制图，对空燃比进行了仿真。仿真结果表明，采用模糊控制和模糊PID相结合的方式能够快速将空燃比稳定在理想值，验证了所设计控制器的有效性。调用MATLAB里面的BP神经网络库函数编写程序，通过输入数据进行训练，从而可以得到各种不同工况的点火提前角，减少了标定工作，从而减少了工作量，验证了所设计控制器的有效性。

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第一章 绪 论

1.1 选题的背景和意义

1.2 CNG汽车的分类

1.3 CNG汽车的发展

1.4 CNG发动机电控技术国内外研究现状

1.5 主要研究内容

1.6 本章小结

第二章 CNG发动机燃气供给系统设计

2.1 CNG发动机的工作过程

2.2 CNG发动机燃气供给系统结构图

2.3 CNG燃气供给系统的设备选型

2.4 本章小结

第三章 CNG发动机电控系统的设计

3.1 CNG发动机电控系统的总体结构图

3.2 ECU芯片选型

3.3 CNG发动机传感器的选型

3.4 发动机工况分类

3.5 CNG发动机电子控制目标

3.6 本章小结

第四章 CNG发动机的燃气喷射控制研究

4.1 模糊控制简介

4.2 PID控制简介

4.3 模糊PID控制燃气喷射

4.4 空燃比软件实现

4.5 本章小结

第五章 CNG发动机点火提前角的控制研究

5.1 神经元的模型及神经网络的结构

5.2 神经网络的学习方式

5.3 BP神经网络

5.4 实验数据的采集

5.5 点火提前角的软件实现

5.6 本章小结

第六章 控制效果仿真实验

6.1 模糊控制仿真

6.2 发动机的建模及模糊PID控制仿真

6.3 BP神经网络控制仿真

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果